Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Геомеханические условия формирования выбросоопасных зон при слоевой выемке сильвинитовых пластов

ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации по теме "Геомеханические условия формирования выбросоопасных зон при слоевой выемке сильвинитовых пластов"

На правах рукописи

Некрасов Сергей Викторович

I»

Геомеханические условия формирования выбросоопасных зон при слоевой выемке сильвинитовых пластов

Специальность 25.00.20 Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пермь - 2007

003064953

Работа выполнена в Горном институте Уральского отделения Российской академии наук

Научный руководитель:

доктор технических наук Андрейко С.С.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Асанов В. А.

кандидат технических наук Бей М.М.

Ведущая организация:

Открытое акционерное общество «Сильвинит»

Защита состоится " S " CtS2007 г. в Ь часов на заседании диссертационного совета Д 004.026.01 при Горном институте УрО РАН по адресу: 614007, г.Пермь, ул.Сибирская, 78а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Горного института УрО

РАН.

Автореферат разослан" сДулуЦ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, к.г.-м.н., доцент БачуринБ.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Разработка месторождений калийных солей существенно осложняется газодинамическими явлениями, которые в большинстве случаев наносят значительный материальный ущерб калийным предприятиям и представляют реальную угрозу жизни горнорабочих. За последние три десятилетия внесен существенный вклад в исследование природы, механизма, разработку методов прогноза и способов предотвращения газодинамических явлений в калийных рудниках.

Однако, несмотря на достигнутые к настоящему времени определенные успехи в решении проблемы газодинамических явлений она еще далека от своего окончательного решения. Практика ведения горных работ показала, что в условиях Старобинского калийного месторождения появилась новая природная опасность - внезапные выбросы соли и газа из почвы подготовительных и очистных горных выработок. Наиболее мощные внезапные выбросы соли и газа произошли в условиях рудника 1РУ РУП "ПО "Беларуськалий" из почвы на сопряжении лава-штрек за крепью сопряжения. В результате выбросов соли и газа были травмированы шахтеры, и значительные повреждения получило дорогостоящее очистное оборудование. В связи с этим фактом появилась настоятельная необходимость в изучении данного типа газодинамических явлений и разработки возможных способов предотвращения внезапных выбросов соли и газа из почвы.

Создание методов прогнозирования и разработка способов борьбы с внезапными выбросами соли и газа требуют изучения закономерностей и установление зависимостей, описывающих количественную сторону взаимовлияния основных факторов в механизмах этих опасных явлений. Поэтому представляет научный и практический интерес проведение геомеханического анализа, который позволит объяснить природу внезапных выбросов соли и газа из почвы при слоевой выемке калийного пласта в рудниках Старобинского месторождения.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами научных исследований Горного института УрО РАН, программами Президиума РАН и грантами РФФИ: программа № 13 фундаментальных исследований Президиума РАН «Изменение окружающей среды и климата: природные катастрофы», тема «Изучение механизма воздействия на геологическую среду геодинамических процессов в газоносном массиве сложного тектонического строения»; программа № 2 Отделения наук о Земле РАН «Генетические особенности и условия формирования крупных и суперкрупных месторождений стратегических видов минерального сырья и проблемы их комплексного освоения», тема «Исследование способов управления катастрофическими газовыделениями, возникающими под воздействием геодинамических процессов»; грант РФФИ № 0105-96446 «Физико-геологический механизм образования очагов газодинамических явлений в соляном массиве сложного тектонического строения».

Цель работы - разработка эффективного способа предотвращения внезапных выбросов соли и газа из почвы при слоевой выемке калийного пласта на основе геомеханического анализа условий формирования выбросоопасных зон.

Основная идея диссертационной работы. Формирование выбросоопасных зон в породах почвы при слоевой выемке калийного пласта рассматривается как результат реализации критического напряженно-деформированного состояния на сопряжении нижней лавы со штреками, а эффективность способа предотвращений внезапных выбросов соли и газа из почвы обеспечивается дегазацией данных областей соляного породного массива.

Основные задачи работы:

- выполнить анализ особенностей моделирования геомеханических процессов применительно к проблеме обоснования механизма формирования выбросоопасных зон в почве горных выработок;

- разработать и реализовать вычислительную процедуру для оценки напряженно-деформированного состояния трехмерной кусочно-однородной среды и выполнить пространственный геомеханический анализ состояния пород почвы при слоевой выемке калийного пласта;

- на основе результатов математического моделирования и результатов шахтных экспериментальных исследований установить области реализации геомеханических условий формирования выбросоопасных зон при слоевой выемке калийного пласта;

- разработать эффективный способ предотвращения внезапных выбросов соли и газа из надработанных пород почвы при слоевой выемке калийного пласта.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Метод расчета напряженно-деформированного состояния соляного породного массива при слоевой выемке сильвинитовых пластов, основанный на использовании экспериментальных данных о размерах зоны полной разгрузки и учитывающий взаимодействие кровли и почвы выработанного пространства лавы.

2. При слоевой выемке сильвинитового пласта опережающая отработка верхнего слоя не приводит к дегазации надработанных выбросоопасных пород по всей площади выработанного пространства.

3. Выбросоопасные зоны при слоевой выемке сильвинитовых пластов формируются в области реализации критического напряженно-деформированного состояния пород почвы на сопряжении нижней лавы с конвейерным или вентиляционным штреками.

Научная новизна:

- на основе итерационного метода Зейделя для контактных элементов разработана эффективная схема расчета пространственного напряженно-деформированного состояния кусочно-однородной среды непрямым методом граничных элементов, позволяющая выполнять анализ НДС исследуемых областей породного массива с высокой степенью детализации;

-на принципе подбора максимальной упругой конвергенции кровли и почвы выработанного пространства лавы разработан алгоритм расчета напряженно-деформированного состояния соляного породного массива, учитывающий экспериментально установленный размер зоны полной разгрузки;

- установлены геометрические параметры области реализации критического напряженно-деформированного состояния в надработанных выбросоопасных породах, что позволило обосновать отсутствие эффекта дегазации при опережающей отработке верхней лавы;

- установлены области реализации критического напряженно-деформированного состояния в породах почвы на сопряжениях нижней лавы с конвейерным и вентиляционным штреками, что позволило доказать возникновение выбросоопасных ситуаций и разработать эффективный способ предотвращения внезапных выбросов соли и газа при слоевой выемке сильвинитовых пластов.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается;

- корректной постановкой теоретических задач и строгостью применяемого математического аппарата;

- высоким уровнем соответствия результатов решения тестовых задач точным аналитическим решениям;

- использованием объективной геомеханической информации для параметрического обеспечения модели;

- сопоставимостью результатов исследований с данными натурных наблюдений за газодинамическими процессами в калийных рудниках.

Практическое значение результатов исследований заключается в следующем:

- выявлены геомеханические условия формирования выбросоопасных зон, что позволяет в выемочном столбе лавы прогнозировать участки пород почвы, опасные по внезапным выбросам соли и газа;

- на основе геомеханических условий формирования выбросоопасных зон предложен способ заблаговременной дегазации пород почвы, заключающийся в профилактическом бурении дегазационных скважин по конвейерному и вентиляционному штрекам лавы, отрабатывающей 2,3 сильвинитовые слои.

Реализация результатов работы. Результаты исследований по пространственному анализу геомеханических условий формирования выбросоопасных зон внедрены на калийных рудниках РУП "ПО "Беларуськалий". Основные результаты работы нашли отражение в документах, регламентирующих безопасные условия ведения горных работ:

- Рекомендации по предотвращению газодинамических явлений из почвы подготовительных и очистных горных выработок на Третьем калийном пласте в юго-восточной и северо-восточной частях шахтного поля рудника 1РУ РУП "ПО "Беларуськалий". - Солигорск, 2003.

- Рекомендации по предотвращению газодинамических явлений из почвы горных выработок при отработке слоев 2, 3 Третьего пласта. - Солигорск, 2005.

Личный вклад автора заключается:

- в постановке задач исследований и разработке методических решений;

- в разработке и реализации вычислительной процедуры для решения задачи оценки напряженно-деформированного состояния трехмерной кусочно-однородной линейно-упругой среды, на основе непрямого метода граничных элементов;

- в проведении пространственного геомеханического анализа состояния пород почвы и определении геомеханических условий формирования выбро-соопасных зон при слоевой отработке Третьего калийного пласта;

- в проведении шахтных экспериментальных работ по изучению геомеханических условий формирования выбросоопасных зон и оценке эффективности способа заблаговременной дегазации пород почвы.

Апробация результатов диссертационной работы. Отдельные разделы и материалы диссертационной работы докладывались на международной конференции "Геомеханика в горном деле" (Екатеринбург, 2005) , на конференции "Геология и полезные ископаемые Западного Урала" (Пермь, 2005, 2007), на международной конференции "Демидовские чтения" (Екатеринбург, 2006), на международной конференции «Неделя горняка - 2007» (Москва, 2007) и на научных сессиях Горного института УрО РАН (Пермь, 2002,2003, 2004, 2005).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 13 научных работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Содержание работы изложено на 143 страницах машинописного текста и содержит 32 рисунка, 1 таблицу, список использованной литературы состоит из 147 наименований.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность за помощь при определении направления исследований и внимание при работе над диссертацией своему научному руководителю д.т.н. С.С. Андрейко, сотрудникам лаборатории геотехнологических процессов и рудничной газодинамики Горного института УрО РАН к.т.н. О.В. Иванову и к.т.н. В.М. Мальцеву за полезные замечания и помощь при проведении исследований, а также работникам РУП «ПО «Беларуськалий» В.Н. Чужову, С.П. Бересневу и И.А. Подлесному за помощь при проведении шахтных экспериментальных работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Метод расчета напряженно-деформированного состояния соляного породного массива при слоевой выемке калийного пласта, основанный на использовании экспериментальных данных о размерах зоны полной разгрузки и учитывающий взаимодействие кровли и почвы выработанного пространства лавы.

В тех случаях, когда геометрия расчетной схемы задачи значительно превышает по размерам область детального изучения напряженно-

деформированного состояния горных пород использование классических методов оценки напряженно-деформированного состояния горных пород, таких, как МКЭ или МГП, является не целесообразным. Сгущение сетки конечных элементов в данной области при применении, например, МКЭ приводит к катастрофическому росту числа узлов и, соответственно, объемов компьютерной памяти, необходимой для вычислений.

В этой связи предлагается использовать в расчетах более совершенные в данном смысле и потенциально более точные методы моделирования напряженно-деформированного состояния (НДС) горных пород, которым, однако, присущи и некоторые недостатки, сужающие класс решаемых ими задач. К таким методам, в первую очередь, можно отнести методы граничных элементов (МГЭ), которые снижают размерность решаемой задачи на единицу.

Сгущение сетки граничных элементов при использовании МГЭ не приводит к катастрофическому росту необходимых для расчетов объемов оперативной памяти, поскольку сеткой покрывается не трехмерная область, в случае объемных задач, а только поверхности. Можно выделить еще одно преимущество метода граничных элементов для систем, границы которых частично находятся в бесконечности, что естественным образом согласуется с общими постановками задач геомеханики. Поскольку процедура решения МГЭ автоматически удовлетворяет допустимым граничным условиям на бесконечности, разбиение этих границ не требуется, в то время как в методе конечных элементов границы в бесконечности должны быть аппроксимированы значительным количеством удаленных конечных элементов. Однако, когда массив горных пород представлен чередующимися слоями с различными физико-механическими свойствами, возникают некоторые вычислительные трудности, связанные с тем, что матрица системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) имеет чрезмерно большие размеры, не симметрична и обладает плохой структурой, что значительно снижает эффективность решения СЛАУ прямыми методами, такими как метод Гаусса.

В данной работе предлагается алгоритм численной реализации непрямого МГЭ по определению НДС трехмерной кусочно-однородной линейно-упругой изотропной среды.

Согласно идеологии МГЭ, используя принцип суперпозиции и функции влияния, определяются такие фиктивные силы (метод фиктивных нагрузок) или такие разрывы смещений (метод разрывных смещений), прикладываемые в бесконечной области на воображаемой границе тела, которые обеспечивают удовлетворение граничных условий для данного тела. Тогда, например, на основе кусочно-постоянной аппроксимации фиктивных величин (сил или разрывов смещений) на треугольных граничных элементах и принципа суперпозиции строится линейное алгебраическое уравнение для элемента с граничными условиями в напряжениях:

п

где матрица определяется интегрированием фундаментального решения по граничному элементу.

Аналогичным образом строится уравнение для граничного элемента, на котором задано граничное условие в перемещениях:

п

1Хе;=м/- (2)

В общем случае любые два элемента имеют ненулевое влияние друг на друга, поэтому матрица СЛАУ является полностью заполненной и требует для хранения значительных объемов оперативной памяти компьютера. Однако, применение итерационных методов решения СЛАУ исключает необходимость в хранении в оперативной памяти всей матрицы, т.к. элементы матрицы можно вычислять по ходу итерационного процесса.

Влияние 1-го элемента на себя является наибольшим, поэтому итерационную схему для 1-го элемента определим в соответствии с методом Зейделя следующим образом:

(3)

>1 у*'

из уравнения (1) или

'=£#(«,-Х^Х*'). (4)

У=1

из уравнения (2), где к - номер шага итерационного процесса.

Для решения неоднородной задачи составляется СЛАУ для каждой однородной области, и учитываются уравнения стыковки граничных условий на контакте между областями, которые имеют следующий вид:

г,О

«■-«, ' (5)

где , Щ, ¡2; и2 - трехмерные вектор-столбцы граничных условий в напряжениях и перемещениях в точке контакта для первой и второй области соответственно.

Для двойного (контактного) ¡-го элемента система уравнений (5) преобразуются к следующему виду:

0, (6) (7)

уеЛ/,

где М\ и М2 - множества номеров элементов, принадлежащих первой и второй области соответственно (пересечение М/ и М? есть множество номеров двойных

элементов, лежащих на контакте первой и второй области), Р]ц, и\], Ргц,

и2у - матрицы влияния на двойной ьй элемент в напряжениях и перемещениях от элементов первой и второй области соответственно. Отметим, что на

двойном ьм элементе будет два неизвестных вектора е,-, для первой и второй области.

Выполним следующее тождественное преобразование СЛАУ, которое позволит построить эффективную итерационную схему для двойных элементов. Для двойного ¡-го элемента определим шестимерную матрицу:

~р\ Р\

и-II2а

D, =

(8)

(9)

Тогда по аналогии с методом Зейделя для двойного i-ro элемента из системы уравнений (6), (7) построим следующую итерационную схему:

Г-1 pWj-ZFtfT

_ Г-Ч -1 у'еА/j€\f2\i

jcM^i j&M2\i

Следует отметить, что трехмерные матрицы Ри, U¡, из (3), (4) и шестимерную матрицу Д из (9) необходимо обратить только один раз перед началом итерационного процесса.

Результаты решения тестовых задач показали достаточно высокую точность и эффективность разработанного алгоритма, реализующего непрямой метод граничных элементов. Максимальная погрешность решения задачи о напряженно-деформированном состоянии реализуется вблизи поверхности тела и на расстоянии характерного размера ближайшего граничного элемента до точки поля не превышает 5%.

Напряженно-деформированное состояние является одним из основных факторов, определяющих возможность, как развития внезапного выброса, так и разрушения скопления свободного газа в результате развития системы трещин с последующей фильтрацией газа и падением газового давления в очаге газодинамического явления до безопасного уровня. Поэтому оценка поля напряжений вокруг горных выработок является необходимым этапом при разработке методов управления газодинамическими процессами в соляном массиве.

В соответствии с технологической схемой слоевой выемки Третьего калийного пласта сначала отрабатывается верхний 4 сильвинитовый слой мощно' стью 1,0-1,3 м, а затем нижние слои 2, 2-3 и 3 суммарной мощностью 1,9-2,1 м. Разрыв во времени выемки 4 сильвинитового слоя и слоев 2, 2-3 и 3 составляет от нескольких месяцев до десяти и более лет. Длина забоя верхней лавы составляет, как правило, 200 м.

Поэтому сначала необходимо провести математическое моделирование для оценки НДС пород почвы лавы, отрабатывающей 4 сильвинитовый слой, и оценить ее влияние на состояние газовых скоплений в почве слоя подстилающей каменной соли (ПКС).

Поскольку горизонтальные размеры выработанного пространства при отработке 4 сильвинитового слоя на порядки превышают его вертикальный размер, то выработанное пространство рассматривалось как вырез, который моделировался методом разрывных смещений. Такой подход позволяет при модели-

ровании непосредственно оперировать величиной конвергенции кровли и почвы выработанного пространства лавы, которая совпадает с величиной вертикальных разрывных смещений, что дает возможность достаточно просто учитывать пригрузку друг на друга кровли и почвы выработанного пространства лавы при удалении забоя.

Для решения поставленной задачи выработанное пространство верхней лавы моделировалось прямоугольником длиной 1000 м и шириной 200 м (по длине забоя). Расстояние от почвы верхней лавы до контакта глинисто-мергелистого горизонта (ГМГ) и ПКС составляло Юм. Модель неоднородного массива включала три соляных пачки, расположенные в бесконечном упругом пространстве с усредненными механическими свойствами. Глубина ведения горных работ составляет 700 м, поэтому влиянием земной поверхности можно пренебречь.

Согласно экспериментальным исследованиям, при отработке верхней лавой 4 сильвинитового слоя позади забоя формируется зона полной разгрузки от вертикальных напряжений, размер которой в случае равномерно движущегося забоя составляет 40-50 м в сторону выработанного пространства.

Таким образом, геомеханическое влияние при отработке лавами реализуется за счет снятия вертикальных нагрузок с поверхности кровли и почвы в зоне полной разгрузки от вертикальных напряжений, т.е. вблизи забоя и бортов выработанного пространства лавы, а также за счет пригрузки кровли и почвы, где их конвергенция достигает некоторого предельного значения, которое в общем случае зависит от мощности отрабатываемого пласта, длины забоя лавы, высоты зоны обрушения пород кровли и степени их разрыхления, а также физико-механических свойств вмещающих пород.

Моделирование НДС основывалось на следующем подходе, который достаточно просто реализуется методом разрывных смещений. Принималось, что величина упругой конвергенции не зависит от местоположения конкретного участка выработанного пространства лавы, где реализуется пригрузка кровли и почвы друг на друга. С точки зрения расчетной схемы математического моделирования НДС вышеизложенное означает, что на части границы выработанного пространства (вблизи забоя и бортов лавы) будут заданы нулевые граничные условия в напряжениях, а в центральных участках лавы будут заданы фиксированные значения вертикальных разрывов смещений равные величине максимальной упругой конвергенции кровли и почвы лавы.

Постановка задачи в таком виде носит нелинейный характер, поскольку изначально неизвестна граница, разделяющая области, в которых граничные условия имеют различный тип (нагрузки или фиксированный разрыв смещений). Задача определения этой границы решалась последовательными приближениями и была включена в общий итерационный процесс решения СЛАУ.

Для оценки напряженно-деформированного состояния в окрестности выработанного пространства лавы, отрабатывающей 4 сильвинитовый слой, было проведено математическое моделирование в упругой постановке. Численные расчеты были выполнены для различных значений максимальной упругой конвергенции кровли и почвы лавы в пределах от нуля до величины вынимаемой

Рнс.1. распределение упругой доли конвергенции (ДО) кровли и почвы по выработанному пространству лавы, отрабатывающей 4 сильвинит о вый слой

мощности. Результаты расчетов сравнивались с результатами наблюдений, согласно которым в случае равномерно движущегося забоя размер зоны полной разгрузки от вертикальных напряжений составляет 40-50 м от забоя в сторону яы работай но го пространства. В этом случае, как показали расчеты, величина максимальной упругой конвергенция кровли и почвы лавы составила значение 0,6 м при вынимаемой мощности 1,1м.

На рис.1 представлено распределение упругой конвергенции кровли и почвы по выработанному пространству лавы, отрабатывающей 4 силъвинитовыЙ слой. Как видно на рис. 1, величина конвергенции кровли и почвы увеличивается при удалении от забоя и достигает максимального значения 0,6 м на расстоянии от забоя 4050 м. Стрелкой показано направление движения лавы.

Анализ распределения вертикальные напряжений в горизонтальном сечении на глубине 2 м в почве лавы показывает, что величина зоны полной разгрузки составила 40-50 м (по условию задачи) и при дальнейшем удалении от забоя происходит увеличение вертикальных напряжений в центральных участках лавы до 10-11 МПа на расстоянии от забоя 120-150 м при действующем В нетронутом массиве горном давлении 14^МПа (рис.2). Мак-

!■■■[

центральных участках выработанного пространства лавы восстанавливается на значительную долю от горного давления, действующего в нетронутом массиве.

На основе полученных результатов геомеханического моделирования шла выполнена оценка'влияния горных работ при отработке верхней лавы на состояние газовых скоплений в почве подстилающей каменной соли.

Рис.2. Распределение вертикальных напряжений в горизонтальном сечении на глубине 2 х в иочпс лавы, отрабатывающей 4 сильвин итовый слой

2. При слоевой выемке калийного пласта опережающая отработка верхнего слоя не приводит к дегазации надработанных выбросоопаспых пород по всей площади выработанного пространства.

Дегазирующий эффект при надработке лавой приконтакткых и очаговых газовых скоплений будет реализован, если в почве лавы сформируется область трещин он атости, охватывающая породы почвы от поверхности обнажения до контакта ГМГ и ПКС, т.е. на глубину 10 м. Только в этом случае могут образоваться фильтрующие каналы, связывающие выработанное пространство лавы и газоносные породы почвы, и произойдет разрушение очагов возможных ГДЯ из почвы горных выработок. Оценка возможности появления трещин в породах почвы лавы, отрабатывающей 4 сидьвинитовый слой, проводилась по критерию Кулона.

Результаты расчетов показывают, что область возможного роста трещин формируется в почве вдоль забоя, начиная па расстоянии 8-10 м от борта лавы. Глубина ее распространения в почву увеличивается по мере удаления от борта лавы (рис.3). На расстоянии более 40-50 м от борта лавы эта область достигает глубины 7-8 м.

При дальнейшей отработке 2 и 3 слоев нижней лавой ее конвейерный и вентиляционный штреки, сопрягающиеся с забоем, при соосном расположения верхней н нижней лав находятся на расстоянии 25 м от бортов верхней лавы. На данном расстоянии при отработке верхней лавой область возможного роста трещин распространяется в почву на глубину до 6 м, т.е. также не достигает контакта ПК"С н ГМГ, расположенный на глубине 10 м от почвы лавы, отрабатывающей 4 сильвинита вый слой.

Таким образом, результаты пространственного аналлза геомеханического состояния пород почвы показали, что при отработке лавой 4 сильвинитов ого слоя Третьего калийного пласта не создаются условия для дегазации выбросо-опасного 12 глинисто-

мергелистого горизонта по всей надработанной лавой площади. Области возможного роста трещин не распространяются от почвы ла-

Рис.З. Область возможного роста трещин в почве лавы, отрабатывающей 4 слой: 1 - транспортный штрек; 2 - соляной массив. 3 - сработанное пространство лавьк 4 - конвейерный штрек; 5 - вев-тиляциониый штрек; 6 - контакт ГМГ и ИКС; 7 - область возможного роста трещин

вы до кровли 12 глинисто-мер гели с того горизонта, т.е. отсутствует сам эффект надрабогки - не образуются фильтрующие каналы, связывающие выработанное пространство лавы и газоносные породы почвы.

3. Выбросоопасные зоны при слоевой выемке калийного пласта формируются в области реализации критического напряженно-деформированного состояния пород в почве сопряжения нижней лавы с конвейерным или вентиляционным штреками.

В модели учитывались: неоднородное строение горного массива; сложная конфигураций призабойного пространства лавы с распределенной нагрузкой в почве и кровле от действия крепи; свод обрушения с углом 55°; конвейерный и транспортный штреки, продолженные за линию забоя на 20 м.

Длина лавы составляла 150 м, протяженность области в направлении выработанного пространства составляла 100

м, высота выработанного пространства с ~ | ]«"-4 _ ___"

учетом зоны обрушения пород кровли принималась равной 20 м. Расстояние от почвы лавы до контакта ПКС-ГМГ составляло 6 м.

Общее число граничных элементов в численных расчетах достигало 16 тысяч. Сетка элементов сгущалась в зоне сопряжения лава-штрек, где характерный размер треугольных элементов составлял 0,3-0,4 М- Области возможного роста трещин были построены по критерию разрушения Кулона,

Результаты расчетов показали, что в породах почвы центральной части лавы область запредельного деформирования распространяется от поверхности обнажения вниз на всю мощность ГТКС, т.е. достигает контакта ГМГ и 1ЖС (рис.4). На глубине 5-6 М эта область опережает линию очистного забоя нй 7-8 м.

В гючве сопряжения формируются лве области возможного роста трещин (рис,5). Первая (I) образуется вдоль забоя лавы, начиная от стенки конвейерного штрека, и распространяется в почве лавы до подошвы ГТКС с опережением линии забоя на 5-6 м. Вторая область (II) образуется вдоль борта лавы. Эта область начинается з почве конвейерного штрека на

Рис.4. Область возможного роста трещин в породах почвы лавы яри отработке слоев 2, 3; I — разгружающий штрек; 2 -вентиляционный штрек; .) - выработанной пространство лавы; 4 - Транспортный штрек. 5 -конвейерный штрек; 6 - соляной миссий; 7 - разрушенные породы после отработки верхней лавой 4 слоя; 8 - забойная крепь; 9 - контакт ГМГ и ГКС; Ш - область возможного роста третий

линии забоя, и достигает подошвы ПКС на расстоянии 4-6 м от линии забоя в направлении выработанного пространства.

Результаты моделирования позволяют сделать следующие выводы. Газовые скопления, расположенные в породах почвы впереди забоя лавы, при работе лавы сначала попадают в область I, а затем надрабатываются лавой, уже находясь в области развитой трещиноватости. Однако, попадая в область I, скопления газа начинают разрушаться еще до их надработки лавой на расстоянии 5-8 ч от линии очистного забоя. На этом участке лавы реализуется эффект надработки: за счет развития трещиноватости падает давление газа в очаге и создаются условия для его фильтрации и рассеивания в трещиноватых породах почвы и в выработанном пространстве. Условия для реализации ГДЯ из почвы на этом участке лавы отсутствуют.

Другая картина наблюдается в породах почвы на участке сопряжения лава-штрек. По мере подвигания лавы, скопление газа сначала оказывается непосредственно в почве сопряжения лапа-штрек, т.е. на расстоянии до 4-6 м от забоя в сторону выработанного пространства, сохраняя при этом запас энергии сжатого газа, а затем попадает в область (трещиноватых пород) II. На данном участке реализуются необходимые геомеханические факторы для развития внезапного выброса соли и газа, а именно: наличие большой площади поверхности обнажения пород почвы за крепью сопряжения вблизи очага и реализация критического напряженного состояния пород между поверхностью обнажения и газовым скоплением.

Из проведенного Пространственного анализа геомеханических условий формирования выбросоопасных зон в породах почвы лав следует весьма важный практический вывод о том, что заблаговременную дегазацию пород почвы необходимо проводить только в области сопряжения лава-штрек. Для этого достаточно бурить вертикальные дегазационные скважины по конвейерному и вентиляционному штрекам лавы, отрабатывающей 2, 3 силъвинитовые слои Третьего калийного пласта.

Экспериментальные исследования геомехаттчесшх условшй формирования выбросоопасных зон в породах почвы проводились в пределах выемочного столба лавы № 40 по следующим причинам: в пределах этого выемочного столба произошел первый внезапный выброс соли и газа из почвы сопряжения лава-штрек; впереди забоя лавы на достаточном удалении была пройдена технологическая сбойка, в которой можно было оборудовать замерную станцию. Для оборудования замерной станции в почву технологической сбойки № 10 была пробурена скважина № 509 глубиной 26,2 м. На момент времени, когда было закончено бурение скважины № 509, забой лавы № 40, отрабатывающей 2, 3 силъвинитовые слои, находился от скважины на расстоянии более 150 м. Такая

Рис.5 Области возможного роста Трещин в породах ггачпы сопряжения лава-штрек при отработке сильвинитовых слоев 2, 3: 1 - забой лавы; 2 — конвейерный штрек: 3 - "фанс-портный штрек; 4 - область 1; 5 - контакт ПКС и ГМГ; 6 • область II

горнотехническая ситуация позволила провести первые экспериментальные исследования геомеханических условий формирования выбросоопасных зон в породах почвы Третьего калийного пласта с использованием скважины, пересекающей выбросоопасный 12 глинисто-мергелистый горизонт практически на всю его мощность. В процессе проведения экспериментальных исследований условия формирования выбросоопасной зоны в породах почвы предполагалось оценивать по динамике нарастания газового давления в загерметизированной части скважины № 509 (измерительной камере), расположенной в 12 глинисто-мергелистом горизонте.

График изменения давления свободных газов в измерительной камере скважины № 509 представлен на рис. 6. Из рис. 6 видно, что начальное давление свободного газа в измерительной камере скважины составляло 0,2 МПа. По мере приближения забоя лавы к замерной станции наблюдалось увеличение давления свободного газа в измерительной камере. При приближении забоя лавы к замерной станции на расстояние 9,0 м величина давления свободных газов в замерной камере достигла своего максимума 5,1 МПа.

На расстоянии до замерной станции 5,0 м было отмечено резкое, почти в 3 раза, снижение величины давления свободных газов до 1,8 МПа. Таким образом, результаты замеров давления свободных газов в породах выбросоопас-ного 12 глинисто-мергелистого горизонта в геологоразведочной скважине № 509, пробуренной на расстоянии около 55 м от борта верхней лавы, подтвердили отсутствие эффекта надработки на данном участке при отработке лавами 4 сильвинитового слоя.

Скачкообразное снижение давления свободного газа в замерной камере скважины № 509 при расстоянии до линии очистного забоя примерно 5,0 м . обусловлено тем, что согласно результатам геомеханического моделирования в породах почвы формируется область возможного роста трещин, которая образуется вдоль забоя лавы и при этом на уровне подошвы ПКС (кровли выбросо-опасного 12 глинисто-мергелистого горизонта) опережает забой лавы на 5-8 м. Следовательно, скопления свободного газа, расположенные в породах почвы впереди забоя лавы, попадают в эту область реализации условий разрушения и начинают разрушаться еще до их надработки нижней лавой на расстоянии 5-8 м от линии очистного забоя в направлении массива.

Таким образом, экспериментальные исследования условий формирования выбросоопасных зон в породах почвы в пределах выемочного столба лавы № 40 подтверждаются результатами пространственного анализа геомеханических условий формирования выбросоопасных зон в породах почвы при слоевой отработке Третьего калийного пласта.

J 5 1

< /

i? 1 t Г 1

Г

1.1 ! 1 У] *• i

С" 0 —г |.4 0 4 $ —Т-

МО 130 520 НО 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Ртстсинч* «пябыимнм ял»а«еркпя гганлхк, и

Рис.б. График изменения давления газа в измерительной камере скважины № 509

Результаты математического моделирования и экспериментальных исследований позволили предложить способ предотвращения внезапных выбросов соли и газа из почвы в районе сопряжения лава-штрек заключающийся в заблаговременной дегазации пород почвы путем бурения в почву бортовых штреков лавы (вентиляционного и конвейерного) вертикальных дегазационных скважин.

Экспериментальные исследования способа предотвращения внезапных выбросов соли и газа показали его достаточно высокую эффективность. При дегазации пород почвы разрушение скопления свободного газа в породах происходит через 100-120 минут после его вскрытия скважиной.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе содержится решение научно-практической задачи пространственного анализа геомеханических условий формирования вы-бросоопасных зон в породах почвы лав для обеспечения безопасного и эффективного ведения горных работ при слоевой выемке Третьего калийного пласта.

Основные теоретические положения, научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Разработана вычислительная схема для решения задачи оценки напряженно-деформированного состояния трехмерной кусочно-однородной линейно-упругой среды, реализующая на основе непрямого метода граничных элементов итерационный метод решения общей системы линейных алгебраических уравнений относительно одинарных и двойных (контактных) граничных элементов за счет разрешения уравнения граничного или контактного условия относительно неизвестных фиктивных усилий.

2. Разработан пакет программ, реализующий вычислительную схему решения задачи оценки напряженно-деформированного состояния кусочно-однородной линейно-упругой среды, который включает следующие модули: автоматическую триангуляцию границы, рассчитываемой области; построение матриц влияния граничных элементов; модуль, реализующий итерационную схему для определения фиктивных нагрузок (разрывов смещений) на граничных элементах и модуль вывода компонент тензора напряжений и деформаций, вектора перемещений, главных напряжений и других характеристик НДС в заданную сетку, покрывающую анализируемую область горного массива.

3. Результаты решения тестовых задач показали достаточно высокую точность и эффективность разработанного алгоритма, реализующего непрямой метод граничных элементов. Максимальная погрешность решения задачи о напряженно-деформированном состоянии реализуется вблизи поверхности тела и на расстоянии характерного размера ближайшего граничного элемента до точки поля не превышает 5%.

4. Разработан метод расчета напряженно-деформированного состояния соляного породного массива на основе экспериментальных данных о размерах зоны полной разгрузки, учитывающий взаимодействие кровли и почвы выработанного пространства лавы, что позволяет получать более адекватные оценки напряженно-деформированного состояния соляного породного массива.

5. Результаты пространственного математического моделирования показали, что при первоочередной отработке лавами 4 сильвинитового слоя Третьего калийного пласта не создаются условия для дегазации выбросоопасного 12 глинисто-мергелистого горизонта по всей надработанной лавой площади. Области возможного роста трещин не распространяются от почвы лавы до кровли 12 глинисто-мергелистого горизонта, т.е. отсутствует сам эффект надработки -не образуются фильтрующие каналы, связывающие выработанное пространство лавы и газоносные породы почвы.

6. Пространственный анализ геомеханических условий формирования выбросоопасных зон в породах почвы лав при слоевой выемке Третьего калийного пласта показал, что при отработке лавой 2, 3 сильвинитовых слоев газовые скопления, расположенные в породах почвы впереди забоя лавы, начинают разрушаться еще до их надработки лавой на расстоянии 5-8 м от линии очистного забоя.

7. Установлено, что геомеханические условия для формирования выбросоопасных зон создаются при отработке 2, 3 сильвинитовых слоев в почве сопряжения лава-штрек на расстоянии 4-6 м от линии забоя в направлении выработанного пространства. В этой области реализуются необходимые геомеханические условия для развития внезапного выброса соли и газа, а именно: наличие большой площади поверхности обнажения (до 20 м2) вблизи очага и реализация критического напряженного состояния пород между поверхностью обнажения и газовым скоплением. Кроме того, в почве сопряжения лава-штрек выполняется дополнительное необходимое условие развития внезапного выброса соли и газа заключающееся в том, что ранее, до момента надработки потенциального очага внезапного выброса соли и газа, не были реализованы условия для его разрушения, как в процессе отработки верхней, так и нижней лавами.

8. Установлено, что для предотвращения внезапных выбросов соли и газа из почвы при слоевой выемке лавами Третьего калийного пласта целесообразно применять заблаговременную дегазацию пород почвы в районе сопряжения лавы, отрабатывающей 2, 3 сильвинитовые слои Третьего пласта, с бортовыми штреками (вентиляционным и конвейерным) путем бурения в почву бортовых штреков вертикальных дегазационных скважин со следующими параметрами: диаметр дегазационных скважин не менее 40 мм; расстояние между дегазационными скважинами не более 10,0 м; глубина скважин должна обеспечивать перебуривание контакта ПКС-12 горизонт не менее чем на 0,2 м. Бурение скважин осуществляется по оси бортового штрека или с любой стороны от нее.

Основные положения и научные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Некрасов C.B. Геомеханический анализ состояния пород почвы с газовым очагом в выработанном пространстве длинного очистного забоя // Проблемы комплексного мониторинга на месторождениях полезных ископаемых: материалы научной сессии ГИ УрО РАН. - Пермь, 2002. - С. 175-177.

2. Некрасов C.B. Трехмерный геомеханический анализ пород почвы длинного очистного забоя на основе непрямого метода граничных элементов II Моде-

лирование стратегии и процессов освоения георесурсов: материалы международной конференции и научной сессии ГИ УрО РАН. - Пермь, 2003. - С. 228-231.

3. Некрасов C.B. Математическое моделирование геомеханических процессов при надработке лавами выбросоопасного 12 глинисто-мергелистого горизонта в условиях старобинского месторождения калийных солей // Стратегия и процессы освоения георесурсов: материалы научной сессии ГИ УрО РАН. -Пермь, 2004. - С. 266-269.

4. Некрасов C.B. Итерационная схема на основе непрямого метода граничных элементов для решения неоднородной трехмерной упругой задачи // Горное эхо: вестник ГИ УрО РАН. - Пермь, 2003. - № 1. - С. 19-22.

5. Андрейко С.С., Некрасов C.B. Математическое моделирование геомеханических процессов при слоевой отработке лавами в условиях Старобинского месторождения калийных солей // Горное эхо: вестник ГИ УрО РАН. - 2005. -№ 1.-С. 10-16.

6. Некрасов C.B. Результаты решения тестовых задач по оценке напряженно-деформированного состояния непрямым методом граничных элементов // Горное эхо: вестник ГИ УрО РАН. - 2005. - № 4. - С. 23-25.

7. Андрейко С.С., Некрасов C.B., Вечерка Б. Оценка эффективности проведения разгрузочной щели в почве лавы с целью предотвращения газодинамических явлений // Горная механика. - 2002. - № 3-4. - С. 3-9.

8. Андрейко С.С., Некрасов C.B. и др. Предотвращение газодинамических явлений в почве выработанного пространства лав // Горный журнал. - 2004-№2.-С. 45-48.

9. Андрейко С.С., Некрасов C.B. Алгоритм решения неоднородной трехмерной упругой задачи непрямым методом граничных элементов//Известия вузов. Горный журнал. - 2004.- № 1.- С.26-29.

10. Некрасов C.B. Геомеханическое обоснование механизма газодинамических разрушений пород почвы сопряжения лава-штрек в рудниках Старобинского месторождения // Проблемы рудничной аэрологии и безопасной разработки месторождений полезных ископаемых: сб. докл. науч.-тех. конф-ции., посвященной 75-летию проф. И.И. Медведева - Пермь, 2004. - С. 56-59.

П.Некрасов C.B. Трехмерное математическое моделирование условий развития газодинамических явлений из почвы сопряжения лава-штрек в рудниках Старобинского месторождения // Демидовские чтения на Урале: тезисы докладов. — Екатеринбург, 2006. - С. 320-321.

12. Некрасов C.B. Трехмерный геомеханический анализ условий развития газодинамических явлений из почвы сопряжения лава-штрек в рудниках Старобинского месторождения на. основе непрямого метода граничных элементов. // Геомеханика в горном деле: Доклады международной конференции -Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2005. - С. 320-327.

13. Некрасов C.B. Численное моделирование геомеханических процессов вокруг выработанного пространства лавы на основе экспериментальных данных о размерах зоны полной разгрузки // Геология и полезные ископаемые Западного Урала: сб. ст. по материалам регион, науч.-практ. конф. - Перм. ун-т, 2007.-С. 310-314.

Сдано в печать 06.08.2007 г. Формат 60x84/16. Тираж 100 экз.

Отпечатано сектором НТИ Горного института УрО РАН 614007, г.Пермь, ул.Сибирская, 78а

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Некрасов, Сергей Викторович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Геологические и горнотехнические условия разработки Старо-бинского месторождения калийных солей.

1.2. Внезапные выбросы соли и газа из почвы горных выработок при отработке 2, 3 сильвинитовых слоев Третьего калийного пласта.

1.3. Газодинамические явления в калийных рудниках: прогноз и управление.

1.4. Существующие представления о механизме газодинамических явлений.

1.5. Модели массива пород и методы пространственного математического моделирования геомеханических процессов.

1.6. Цель и задачи исследований.

2. РАЗРАБОТКА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СХЕМЫ ОЦЕНКИ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КУСОЧНО-ОДНОРОДНОЙ ТРЕХМЕРНОЙ УПРУГОЙ СРЕДЫ НА ОСНОВЕ НЕПРЯМОГО МЕТОДА ГРАНИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.

2.1. Обоснование метода пространственного математического моделирования геомеханических процессов.

2.2. Постановка краевой задачи и идеология непрямого метода граничных элементов.

2.3. Итерационная схема решения однородной задачи.

2.4. Итерационная схема решения кусочно-однородной задачи.

2.5. Результаты решения тестовых задач по оценке напряженно-деформированного состояния непрямым методом граничных элементов.

2.5.1. Одноосное растяжение кубического образца.

2.5.2. Напряженно-деформированное состояние вокруг выработки кругового поперечного сечения.

2.5.3. Сферическая полость в бесконечной среде под газовым давлением.

2.5.4. Одноосное растяжение кусочно-однородного образца в форме параллелепипеда.

2.6. Метод суперпозиции решений для оценки напряженно-деформированного состояния горного массива.

2.7. Выводы.

3. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ВЫБРОСО-ОПАСНЫХ ЗОН ПРИ СЛОЕВОЙ ВЫЕМКЕ ТРЕТЬЕГО ПЛАСТА.

3.1. Постановка задачи и обоснование выбора расчетной схемы.

3.2. Пространственный анализ геомеханического состояния пород почвы при отработке лавой 4 сильвинитового слоя Третьего калийного пласта.

3.3. Пространственный анализ геомеханических условий формирования выбросоопасных зон в породах почвы лавы при отработке

2, 3 сильвинитовых слоев Третьего калийного пласта.

3.4. Выводы.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ВЫБРОСООПАСНЫХ ЗОН В ПОРОДАХ ПОЧВЫ ПРИ СЛОЕВОЙ ВЫЕМКЕ ТРЕТЬЕГО КАЛИЙНОГО ПЛАСТА.

4.1. Экспериментальные исследования геомеханических условий формирования выбросоопасных зон в породах почвы выемочного столба лавы № 40 рудника 1 РУ.

4.2. Экспериментальные исследования геомеханических условий формирования выбросоопасных зон в породах почвы выемочного столба лавы № 50 рудника 1 РУ и эффективности заблаговременной дегазации пород почвы вертикальными скважинами.

4.3. Рекомендации по дегазации пород почвы при отработке лавами

2, 3 сильвинитовых слоев Третьего пласта.

4.4. Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геомеханические условия формирования выбросоопасных зон при слоевой выемке сильвинитовых пластов"

Актуальность темы диссертации. Разработка месторождений калийных солей существенно осложняется газодинамическими явлениями, которые в большинстве случаев наносят значительный материальный ущерб калийным предприятиям и представляют реальную угрозу жизни горнорабочих. За последние три десятилетия внесен существенный вклад в исследование природы, механизма, разработку методов прогноза и способов предотвращения газодинамических явлений в калийных рудниках.

Однако, несмотря на достигнутые к настоящему времени определенные успехи в решении проблемы газодинамических явлений она еще далека от своего окончательного решения. Практика ведения горных работ показала, что в условиях Старобинского калийного месторождения появилась новая природная опасность - внезапные выбросы соли и газа из почвы подготовительных и очистных горных выработок. Наиболее мощные внезапные выбросы соли и газа произошли в условиях рудника 1РУ РУП "ПО "Беларуська-лий" из почвы на сопряжении лава-штрек за крепью сопряжения. В результате выбросов соли и газа были травмированы шахтеры, и значительные повреждения получило дорогостоящее очистное оборудование. В связи с этим фактом появилась настоятельная необходимость в изучении данного типа газодинамических явлений и разработки возможных способов предотвращения внезапных выбросов соли и газа из почвы.

Создание методов прогнозирования и разработка способов борьбы с внезапными выбросами соли и газа требуют изучения закономерностей и установление зависимостей, описывающих количественную сторону взаимовлияния основных факторов в механизмах этих опасных явлений. Поэтому представляет научный и практический интерес проведение геомеханического анализа, который позволит объяснить природу внезапных выбросов соли и газа из почвы при слоевой выемке калийного пласта в рудниках Старобинского месторождения.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами научных исследований Горного института УрО РАН, программами Президиума РАН и грантами РФФИ: программа № 13 фундаментальных исследований Президиума РАН «Изменение окружающей среды и климата: природные катастрофы», тема «Изучение механизма воздействия на геологическую среду геодинамических процессов в газоносном массиве сложного тектонического строения»; программа № 2 Отделения наук о Земле РАН «Генетические особенности и условия формирования крупных и суперкрупных месторождений стратегических видов минерального сырья и проблемы их комплексного освоения», тема «Исследование способов управления катастрофическими газовыделениями, возникающими под воздействием геодинамических процессов»; грант РФФИ № 01-05-96446 «Физико-геологический механизм образования очагов газодинамических явлений в соляном массиве сложного тектонического строения».

Цель работы - разработка эффективного способа предотвращения внезапных выбросов соли и газа из почвы при слоевой выемке калийного пласта на основе геомеханического анализа условий формирования выбросоопасных зон.

Основная идея диссертационной работы. Формирование выбросоопасных зон в породах почвы при слоевой выемке калийного пласта рассматривается как результат реализации критического напряженно-деформированного состояния на сопряжении нижней лавы со штреками, а эффективность способа предотвращений внезапных выбросов соли и газа из почвы обеспечивается дегазацией данных областей соляного породного массива.

Основные задачи работы;

- выполнить анализ особенностей моделирования геомеханических процессов применительно к проблеме обоснования механизма формирования выбросоопасных зон в почве горных выработок;

- разработать и реализовать вычислительную процедуру для оценки напряженно-деформированного состояния трехмерной кусочно-однородной среды и выполнить пространственный геомеханический анализ состояния пород почвы при слоевой выемке калийного пласта;

- на основе результатов математического моделирования и результатов шахтных экспериментальных исследований установить области реализации геомеханических условий формирования выбросоопасных зон при слоевой выемке калийного пласта;

- разработать эффективный способ предотвращения внезапных выбросов соли и газа из надработанных пород почвы при слоевой выемке калийного пласта.

Основные научные положения, выносимые на защиту;

1. Метод расчета напряженно-деформированного состояния соляного породного массива при слоевой выемке сильвинитовых пластов, основанный на использовании экспериментальных данных о размерах зоны полной разгрузки и учитывающий взаимодействие кровли и почвы выработанного пространства лавы.

2. При слоевой выемке сильвинитового пласта опережающая отработка верхнего слоя не приводит к дегазации надработанных выбросоопасных пород по всей площади выработанного пространства.

3. Выбросоопасные зоны при слоевой выемке сильвинитовых пластов формируются в области реализации критического напряженио-деформированного состояния пород почвы на сопряжении нижней лавы с конвейерным или вентиляционным штреками.

Научная новизна:

- на основе итерационного метода Зейделя для контактных элементов разработана эффективная схема расчета пространственного напряженно-деформированного состояния кусочно-однородной среды непрямым методом граничных элементов, позволяющая выполнять анализ НДС исследуемых областей породного массива с высокой степенью детализации; 6

- на принципе подбора максимальной упругой конвергенции кровли и почвы выработанного пространства лавы разработан алгоритм расчета напряженно-деформированного состояния соляного породного массива, учитывающий экспериментально установленный размер зоны полной разгрузки;

- установлены геометрические параметры области реализации критического напряженно-деформированного состояния в надработанных выбро-соопасных породах, что позволило обосновать отсутствие эффекта дегазации при опережающей отработке верхней лавы;

- установлены области реализации критического напряженно-деформированного состояния в породах почвы на сопряжениях нижней лавы с конвейерным и вентиляционным штреками, что позволило доказать возникновение выбросоопасных ситуаций и разработать эффективный способ предотвращения внезапных выбросов соли и газа при слоевой выемке силь-винитовых пластов.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- корректной постановкой теоретических задач и строгостью применяемого математического аппарата;

- высоким уровнем соответствия результатов решения тестовых задач точным аналитическим решениям;

- использованием объективной геомеханической информации для параметрического обеспечения модели;

- сопоставимостью результатов исследований с данными натурных наблюдений за газодинамическими процессами в калийных рудниках.

Практическое значение результатов исследований заключается в следующем:

- выявлены геомеханические условия формирования выбросоопасных зон, что позволяет в выемочном столбе лавы прогнозировать участки пород почвы, опасные по внезапным выбросам соли и газа;

- на основе геомеханических условий формирования выбросоопасных зон предложен способ заблаговременной дегазации пород почвы, заключающийся в профилактическом бурении дегазационных скважин по конвейерному и вентиляционному штрекам лавы, отрабатывающей 2, 3 сильвинитовые слои.

Реализация результатов работы. Результаты исследований по пространственному анализу геомеханических условий формирования выбросоопасных зон внедрены на калийных рудниках РУП "ПО "Беларуськалий". Основные результаты работы нашли отражение в документах, регламентирующих безопасные условия ведения горных работ:

- Рекомендации по предотвращению газодинамических явлений из почвы подготовительных и очистных горных выработок на Третьем калийном пласте в юго-восточной и северо-восточной частях шахтного поля рудника 1РУ РУП "ПО "Беларуськалий". - Солигорск, 2003.

- Рекомендации по предотвращению газодинамических явлений из почвы горных выработок при отработке слоев 2, 3 Третьего пласта. - Солигорск, 2005.

Личный вклад автора заключается:

- в постановке задач исследований и разработке методических решений;

- в разработке и реализации вычислительной процедуры для решения задачи оценки напряженно-деформированного состояния трехмерной кусочно-однородной линейно-упругой среды, на основе непрямого метода граничных элементов;

- в проведении пространственного геомеханического анализа состояния пород почвы и определении геомеханических условий формирования выбросоопасных зон при слоевой отработке Третьего калийного пласта;

- в проведении шахтных экспериментальных работ по изучению геомеханических условий формирования выбросоопасных зон и оценке эффективности способа заблаговременной дегазации пород почвы. 8

Апробация результатов диссертационной работы. Отдельные разделы и материалы диссертационной работы докладывались на международной конференции "Геомеханика в горном деле" (Екатеринбург, 2005), на конференции "Геология и полезные ископаемые Западного Урала" (Пермь, 2005, 2007), на международной конференции "Демидовские чтения" (Екатеринбург, 2006), на международной конференции «Неделя горняка - 2007» (Москва, 2007) и на научных сессиях Горного института УрО РАН (Пермь, 2002, 2003, 2004, 2005).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 13 научных работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Содержание работы изложено на 143 страницах машинописного текста и содержит 32 рисунка, 1 таблицу, список использованной литературы состоит из 147 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика", Некрасов, Сергей Викторович

4.4. Выводы

Результаты комплексных экспериментальных исследований по изучению геомеханических условий формирования выбросоопасных зон в породах почвы при слоевой выемке Третьего калийного пласта, определению параметров дегазационного бурения и оценке эффективности заблаговременной дегазации пород почвы вертикальными скважинами на сопряжении лавы с конвейерным и вентиляционным штреками позволяют сделать следующие выводы:

1. Установлено, что в зоне действия передового опорного давления при отработке лавами 2, 3 сильвинитовых слоев давление свободных газов в породах 12 глинисто-мергелистого горизонта может достигать величины 5,1 МПа. Данный факт свидетельствует об отсутствии эффекта надработки выбросоопасных пород почвы при выемке лавами 4 сильвинитового слоя Третьего пласта. Скачкообразное уменьшение давления свободного газа почти в 3 раза при расстоянии до линии очистного забоя лавы, отрабатывающей слои 2,3 Третьего пласта менее 9,0 м обусловлено тем, что в породах почвы впереди забоя формируются область трещиноватых пород, что подтверждается результатами пространственного математического моделирования геомеханических условий формирования выбросоопасных зон в породах почвы.

2. Экспериментальными исследованиями установлено формирование выбросоопасных зон при отработанном 4 сильвинитовом слое в районе сопряжений лав, отрабатывающих слои 2, 3 Третьего пласта, с бортовыми штреками (конвейерным и вентиляционным). В условиях надработки 2, 3 сильвинитовых слоев Третьего пласта при вскрытии вертикальными скважинами скоплений свободного газа в породах почвы величина начальной скорости газовыделения изменялась от 2,5 л/мин до 14,1 л/мин. Наиболее интенсивно скорость газовыделения снижается в начальные 40 минут, затем вид кривой изменения скорости газовыделения во времени принимает более плавный характер. Кривые изменения скорости газовыделения во времени по

127 характеру мало различаются между собой, несмотря на то, что начальная скорость газовыделения может изменяться в довольно в широких пределах.

3. Экспериментальные исследования по оценке эффективности дегазации пород почвы вертикальными скважинами показали, что разрушение скопления свободного газа в породах почвы происходит через 100-120 минут после его вскрытия скважиной. Прямым показателем эффективного разрушения дегазационной скважиной скопления свободного газа в породах почвы после его вскрытия является стабилизация величины скорости газовыделения через 100-120 минут на уровне 0,2 л/мин.

4. Установлено, что для предотвращения внезапных выбросов соли и газа из почвы при слоевой выемке лавами Третьего калийного пласта целесообразно применять заблаговременную дегазацию пород почвы в районе сопряжения лавы, отрабатывающей 2, 3 сильвинитовые слои Третьего пласта, с бортовыми штреками (вентиляционным и конвейерным) путем бурения в почву бортовых штреков вертикальных дегазационных скважин со следующими параметрами: диаметр дегазационных скважин не менее 40 мм; расстояние между дегазационными скважинами не более 10,0 м; глубина скважин должна обеспечивать перебуривание контакта ПКС-12 горизонт не менее чем на 0,2 м. Бурение скважин осуществляется по оси бортового штрека или с любой стороны от нее.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе содержится решение научно-практической задачи пространственного анализа геомеханических условий формирования выбросоопасных зон в породах почвы лав для обеспечения безопасного и эффективного ведения горных работ при слоевой выемке Третьего калийного пласта.

Основные теоретические положения, научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Разработана вычислительная схема для решения задачи оценки напряженно-деформированного состояния трехмерной кусочно-однородной линейно-упругой среды, реализующая на основе непрямого метода граничных элементов итерационный метод решения общей системы линейных алгебраических уравнений относительно одинарных и двойных (контактных) граничных элементов за счет разрешения уравнения граничного или контактного условия относительно неизвестных фиктивных усилий.

2. Разработан пакет программ, реализующий вычислительную схему решения задачи оценки напряженно-деформированного состояния кусочно-однородной линейно-упругой среды, который включает следующие модули: автоматическую триангуляцию границы, рассчитываемой области; построение матриц влияния граничных элементов; модуль, реализующий итерационную схему для определения фиктивных нагрузок (разрывов смещений) на граничных элементах и модуль вывода компонент тензора напряжений и деформаций, вектора перемещений, главных напряжений и других характеристик НДС в заданную сетку, покрывающую анализируемую область горного массива.

3. Результаты решения тестовых задач показали достаточно высокую точность и эффективность разработанного алгоритма, реализующего непрямой метод граничных элементов. Максимальная погрешность решения задачи о напряженно-деформированном состоянии реализуется вблизи поверхности тела и на расстоянии характерного размера ближайшего граничного элемента до точки поля не превышает 5%.

4. Разработан метод расчета напряженно-деформированного состояния соляного породного массива на основе использования экспериментальных данных о размерах зоны полной разгрузки, учитывающий взаимодействие кровли и почвы выработанного пространства лавы, что позволяет получать более адекватные оценки напряженно-деформированного состояния соляного породного массива.

5. Результаты пространственного математического моделирования показали, что при первоочередной отработке лавами 4 сильвинитового слоя Третьего калийного пласта не создаются условия для дегазации выбросо-опасного 12 глинисто-мергелистого горизонта по всей надработанной лавой площади. Области возможного роста трещин не распространяются от почвы лавы до кровли 12 глинисто-мергелистого горизонта, т.е. отсутствует сам эффект надработки 12 ГМГ - не образуются фильтрующие каналы, связывающие выработанное пространство лавы и газоносные породы почвы.

6. Пространственный анализ геомеханических условий формирования выбросоопасных зон в породах почвы лав при слоевой выемке Третьего калийного пласта показал, что при отработке лавой 2, 3 сильвинитовых слоев газовые скопления, расположенные в породах почвы впереди забоя лавы, начинают разрушаться еще до их надработки лавой на расстоянии 5-8 м от линии очистного забоя.

7. Установлено, что геомеханические условия для формирования выбросоопасных зон создаются при отработке 2, 3 сильвинитовых слоев в почве сопряжения лава-штрек на расстоянии 4-6 м от линии забоя в направлении выработанного пространства. В этой области реализуются необходимые геомеханические условия для развития внезапного выброса соли и газа, а именно: наличие большой площади поверхности обнажения (до 20 м ) вблизи очага и реализация критического напряженного состояния пород между поверхностью обнажения и газовым скоплением. Кроме того, в почве сопряжения

130 лава-штрек выполняется дополнительное необходимое условие развития внезапного выброса соли и газа заключающееся в том, что ранее, до момента надработки потенциального очага внезапного выброса соли и газа, не были реализованы условия для его разрушения, как в процессе отработки верхней, так и нижней лавами.

8. Установлено, что для предотвращения внезапных выбросов соли и газа из почвы при слоевой выемке лавами Третьего калийного пласта целесообразно применять заблаговременную дегазацию пород почвы в районе сопряжения лавы, отрабатывающей 2, 3 сильвинитовые слои Третьего пласта, с бортовыми штреками (вентиляционным и конвейерным) путем бурения в почву бортовых штреков вертикальных дегазационных скважин со следующими параметрами: диаметр дегазационных скважин не менее 40 мм; расстояние между дегазационными скважинами не более 10,0 м; глубина скважин должна обеспечивать перебуривание контакта ПКС - 12 горизонт не менее чем на 0,2 м. Бурение скважин осуществляется по оси бортового штрека или с любой стороны от нее.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Некрасов, Сергей Викторович, Пермь

1. Высоцкий В.А., Гарецкий Р.Г., Кислик В.З. Калиеносные бассейны мира. -Минск: Наука и техника, 1988 387 с.

2. Геология и петрография калийных солей Белоруссии. Минск: Наука и техника, 1969.-367 с.

3. Месторождения калийных солей СССР. Методы их поисков и разведки/ Раевский В.И., Фивег М.П., Герасимова В.В. и др.- Л.: Недра, 1973 344 с.

4. Девонские соленосные формации Припятского прогиба / Гарецкий Р.Г., Кислик В.З., Высоцкий Э.А. и др. Минск: Наука и техника, 1982. - 208 с.

5. Яржемский Я.Я. Калийные и калиеносные галогенные породы. Новосибирск: Наука, 1967. - 136 с.

6. Совершенствование технологии разработки Старобинского калийного месторождения / Петровский Б.И., Прушак В.Я., Щерба В.Я., Зубович B.C. // Горный журнал. 2003. - № 12. - С.27-31.

7. Развитие способов сохранения горных выработок на калийных рудниках / Петровский Б.И., Щерба В.Я., Губанов В.А. и др. // Горный журнал. 2003. -№ 11.-С.16-19.

8. Исследование проявлений горного давления при слоевой выемке Третьего калийного пласта / Губанов В.А., Прушак В.Я., Щерба В.Я. и др // Материалы, технологии, инструменты: международный научно-технический журнал.-2003.- том 8, № 1.- С.84-92.

9. Селективная выемка Третьего пласта на полную мощность с полевой подготовкой и прямым порядком отработки длинных столбов / Щерба В.Я., Прушак В.Я., Петровский Б.И. и др.// Горная механика: научно-технический журнал. 2003. - № 2. - С.3-37.

10. Андрейко С.С., Калугин П.А., Щерба В.Я. Газодинамические явления в калийных рудниках: Генезис, прогноз и управление. Мн.: Высш.шк., 2000.-335 с.

11. Щерба В.Я., Башура А.Н., Андрейко С.С. Управление газодинамическими процессами на Старобинском месторождении калийных солей / Под ред. В.Я. Прушака,- М.Издательство Московского государственного горного университета, 2004. 194 с.

12. Андрейко С.С. Внезапный выброс соли и газа из почвы на руднике Первого рудоуправления ПО «Белорускалий»// Бюлл.Бел. горн, академ. -1998. -№ 1(2). -С.37-41.

13. Андрейко С.С., Петровский Б.И., Андрейко Л.В. Методы прогноза и способы предотвращения газодинамических явлений из почвы горных выработок// Горная механика: научн.-техн. журнал 1998.-№ 1.-С.29-35.

14. Андрейко С.С. Гипотезы и модели механизма возникновения газодинамических явлений в шахтах // Горная механика: научно-технический журнал. 2002. - №2. - С.3-8.

15. Яхеев В.В., Фомина В.Д. Особенности газодинамических явлений в краевой зоне на Старобинском месторождении калийных солей // Известия вузов. Горный журнал. 1983. - № 1. - С. 44-46.

16. Ходьков А.Е. О происхождении выбросоопасных газоносных структур на III калийном горизонте Старобинского месторождения// Пробл. мор. и континент, галогенеза: Тез. докл. IV Всесоюз. солевого совещ.- Новосибирск: Наука, 1988.-С. 113.

17. Формирование мульд погружения в соленосных толщах Старобинского месторождения/ Петухов Д.П., Одесский И.А., Кокорева К.Л. и др.// Сов. Геология. 1990. - №9. - С. 49-54.

18. Гидрогеологическая роль тектонических нарушений на Старобинском месторождении калийных солей/ Козлов С.С., Сорокин В.А., Варламов

19. А.А., Фомина В .Д.// Геология месторожднеий калийн. солей и их разведка: Тр. ВНИИГ Л., 1973. - Вып. 64. - С. 72-78.

20. Копнин В.И., Пшеничников А.Г. Структурно-тектонические услоия газо-динамческих явлений на Березниковских калийных рудниках и вопросы прогнозирования выбросоопасных зон// Разраб. калийн. месторождений: Сб. науч. тр. Пермь, 1984. - С. 96-99.

21. Кудряшов А.И., Андрейко С.С. О природе очагов внезапных выбросов соли и газа//Изв. вузов. Горн, журнал. 1986,- №2.- С.10-13.

22. Шаманский Г.П., Вишняков А.К. О возможности прогнозирования газодинамических явлений в солях на основе геологических признаков// Разраб. солян. месторождений: Сб. науч. тр. Пермь, 1977. - С. 105-109.

23. Медведев И.И., Полянина Г.Д. Газовыделения на калийных рудниках. -М.: Недра, 1974.- 168 с.

24. Полянина Г.Д. Классификация прирдных газов соляных пород// Межв. сб.:Совершенствование разработки соляных месторождений. Пермь: ППИ, 1990.- С. 94-99.

25. Фивег М.П., Фомина В.Д. Газопроявления в выработках Первого Соли-горского калийного рудника. В кн.: Труды ВНИИГ. Л., 1969 - С. 126134.

26. О газоносности калийных солей Белоруссии / Лидин Г.Д., Войтов Г.И., Матвиенко Н.Г., Дорогокупец Т.И., Андреев В.И.// Горный журнал. -1974,- № 12.- С.55-58.

27. Поляков Л.Ф. Газоносность третьего сильвинитового пласта на солигор-ских калийных комбинатах / Горный журнал. 1971. - № 9. - С.68-71.

28. Полянина Г.Д., Земсков А.Н., Падерин Ю.Н. Технология и безопасность разработки Верхнекамского калийного месторождения. Пермь: Кн.изд.-во, 1990. - 262 с.

29. Долгов П.В., Полянина Г.Д., Земсков А.Н. Методы прогноза и предотвращения газодинамических явлений в калийных рудниках. Алма-Ата: Наука, 1987.- 176 с.

30. Ковалев О.В. и др. Особенности безопасной разработки калийных месторождений/ Ковалев О.В., Ливенский B.C., Былино Л.В. Мн.: Полымя, 1982.- 96 с.

31. Лаптев Б.В. Предотвращение газодинамических явлений на калийных рудниках. М.: Недра, 1994. - 138 с.

32. Пермяков Р.С., Проскуряков Н.М. Внезапные выбросы соли и газа. Л.: Недра, 1972.- 180 с.

33. Проскуряков Н.М., Ковалев О.В., Мещеряков В.В. Управление газодинамическими процессами в пластах калийных руд. М.: Недра, 1988. - 239 с.

34. Проскуряков Н.М. Внезапные выбросы породы и газа в калийных рудниках. М.: Недра, 1980. - 264 с.

35. Бирюков Ю.М. Каталог газодинамических явлений типа внезапных прорывов газа с динамическим разломом почвы выработки, происходящих на шахтах им. В.И. Ленина и "Саранская" ПО "Карагандауголь". Караганда: ДНТИ, 1985.- 19 с.

36. Зборщик М.П., Осокин В.В., Рудь A.M. Внезапные поднятия пород почвы в выработках и предотвращение поднятий. Уголь Украины, 1981. - №6. - С.17-19.

37. Зборщик М.П., Осокин В.В., Соколов Н.М. Предотвращение газодинамических явлений в угольных шахтах. Киев: Техника, 1984. - 148 с.

38. Гурич А.А., Кузнецов В.П., Сидоров B.C. О механизме внезапных поднятий пород почвы выработок. Науч. сообщ. Ин-та горн. Дела им. А.А.Скочинского, 1983.- вып.217,- С.37-41.

39. Филиппов Н.А. К расчету напряженно-деформированного состояния слоистого массива горных пород. ФТПРПИ, 1979.- №2.- С.3-10.

40. Скляров Л.А., Водолазский В.Т., Шерсткин В.В. Прогноз и предупреждение прорывов метана из горных выработок. М.: Обзор ЦНИЭИуголь, 1984.-29 с.

41. Шатилов В.А. Внезапные поднятия и выбросы пород в шахтах. Киев: Техника, 1972.- 136 с.

42. Бирюков Ю.М.Новые способы предотвращения внезапных прорывов газа из почвы горных выработок. М.: Обзор ЦНИЭИуголь, 1991. - 64 с.

43. Антощенко Н.И., Чирок А.П. Прогнозирование динамических разломов при очистных работах. Уголь Украины, 1905.- №8.- С.36-39.

44. Внезапные разрушения почвы и прорывы метана в выработки угольных шахт/ Морев A.M., Скляров JI.A., Большинский И.М. и др. М.: Недра, 1992,- 174 с.

45. Протосеня А.Г., Жихарев С.Я., Долгий И.Е. Геомеханика массивов и устойчивость подготовительных выработок. СПб: Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы, 2004. - 240 с.

46. Вереда B.C. Современные тектонические напряжения как возможная причина внезапных выбросов угля и газа и некоторые последствия этой гипотезы. Донецк: Европ. эконом, комис., 1974. - 6 с.

47. Быков JI.H. Теория внезапных выбросов угля и газа в шахтах и мировая практика // Вопросы теории выбросов угля, породы и газа. Киев: Наук, думка, 1973.- С. 175-186.

48. Шевелев Г.А. Природа и механизм выбросов с учетом газодинамического фактора // Уголь Украины. 1974. - № 5. - С.36-39.

49. Борисенко А.А. О причинах возникновения и механизме развития внезапных выбросов угля и газа // Уголь. 1975. - № 9. - С.22-25.

50. Галушко П.Я. Исследование физической природы породных выбросов // Выбросы породы и газа. Киев: Наук, думка, 1971. - С.22-29.

51. Николин В.И. Гипотеза механизма выброса породы и газа // Выбросы породы и газа. Киев: Наук, думка, 1971. - С. 16-21

52. Христианович С.А., Салганик P.JI. Внезапные выбросы угля (породы) и газа. Напряжения и деформации. М: Препринт ИПМ АН СССР, 1980. -№ 153.-87 с.

53. Ходот В.В. Внезапные выбросы угля и газа. -М.: Госгортехиздат, 1961. -363 с.

54. Христианович С.А. Избранные работы М.: Изд-во МФТИ, 2000. - 272 с.

55. Кузнецов С.В. О распространении волны разряжения в газоугольной смеси и отжиме (выдавливании) призабойной полосы угольного пласта при внезапных выбросах // Физ.-техн.пробл. разраб. полезн. ископ. 1972. -№ 2. - С.3-9.

56. Петухов И.М., Егоров П.В., Винокур Б.Ш. Предотвращении горных ударов на рудниках.- М.: Недра, 1984. 230 с.

57. Расчетные методы в механике горных ударов и выбросов: Справочное пособие/ Петухов И.М., Линьков A.M., Сидоров B.C. и др. М.: Недра, 1992.-256 с.

58. Петросян А.Э., Иванов Б.М., Крупеня В.Г. Теория внезапных выбросов.-М.: Наука, 1983.- 152 с.

59. Проскуряков Н.М., Фомина В.Д., Рожков В.К. Газодинамические явления на Солигорских калийных рудниках.- Мн.: Полымя, 1974. 212 с.

60. Христианович С.А. О волне дробления // Изв. АН СССР. 1953. - № 12. -С.1689-1692.

61. Зубов В.П., Смычник А.Д. Внезапные выбросы соли и газа на калийных рудниках и их предупреждение // Горный журнал. 1998. - № 11-12. -С.85-87.

62. Шевелев Г.А. Динамика выбросов угля, породы и газа/ АН УССР, Ин-т геотехнической механики.- Киев: Наук, думка, 1989. 160 с.

63. Николин В.Н., Меликсетов С.С., Беркович И.М. Выбросы породы и газа.-М.: Недра, 1968.- 81 с.

64. Петухов И.М., Линьков A.M. Механика горных ударов и выбросов.- М.: Недра, 1983.-280 с.

65. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарьян Э.В. Основы механики горных пород-Л.: Недра, 1977.- 503 с.

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

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

68. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений: Учеб. для вузов.- М.: Недра, 1982.- 270 с.

69. Терегулов И.Г. Сопротивление материалов и основы теории упругости и пластичности: Учеб. для студентов вузов. М.:Высш.шк., 1984. - 472 с.

70. Алксандров А.В., Потапов В.Д. Основы теории упругости и пластичности: Учеб. для строит, спец. вузов. М.: Высш.шк., 1990. - 400 с.

71. Демидов С.П. Теория упругости: Учеб. для вузов. М.: Высш. школа, 1979.- 432 с.

72. Дарков А.В., Шпиро Г.С. Сопротивление материалов. 3-е изд. - М.: Высш.школа, 1969.- 734 с.

73. Рекач В.Г. Руководство к решению задач по теории упругости: Учеб. пособие для вузов. М.: Высш. шк., 1977. - 216 с.

74. Введение в механику скальных пород: Пер. с англ./ Под ред. Х.Бока. -М.: Мир, 1983.- 276 с.

75. Седов Л.И. Механика сплошной среды. М.: Наука, 1970. - Т .2 - 568 с.

76. Купрадзе В.Д. и др. Трехмерные задачи математической теории упругости.- М.: Наука, 1976. -312 с.

77. Лурье А.И. Теория упругости. М., Наука, 1970. - 210 с.

78. Мусхелишвили Н. И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. М.: Наука, 1966. - 705 с.

79. Новожилов В.В. Теория упругости. Л.: Судпромгиз, 1958. - 372 с.

80. Боликов В.Е., Константинова С.А. Прогноз и обеспечение устойчивости капитальных горных выработок. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. - 374 с.

81. Динник А.Н. Применение теории упругости в решении задач, относящихся к проблеме управления кровлей// Материалы к совещ. по проблеме управления кровлей. М.: Изд-во АН СССР, 1937. - С. 11-24.

82. Руппенейт К.В., Либерман Ю.М. Введение в механику горных пород.-М.:Госгортехиздат, 1960. 356 с.

83. Руппенейт К.В. Деформируемость массивов трещиноватых пород. М.: Недра, 1975.- 223 с.

84. Ержанов Ж.С. Теория ползучести горных пород и ее приложения. Алма-Ата.: Наука, 1964. - 175 с.

85. Ржевский В.В. Методические указания по расчетам горного давления. -М,МГИ, 1981.- 121 с.

86. Барях А.А., Константинова С.А., Асанов В.А. Деформирование соляных пород. Екатеринбург: УрО РАН, 1996. - 204 с.

87. Трумбачев В.Ф. Распределение напряжений вокруг горных выработок. -М.: Недра, 1956.- 215 с.

88. Кандауров И.И. Механика зернистых сред и ее применение в строительстве. М.-Л.: Стройиздат, 1966. 324 с.

89. Булычев Н.С., Амусин Б.З., Оловянный А.П. Расчет крепи капитальных выработок,- М.: Недра, 1974. 320 с.

90. Александров А.Я., Соловьев Ю.И. Пространственные задачи теории упругости (применение методов функции комплексного переменного).- М.: Наука, 1978.- 464 с.

91. Векслер Ю.А., Жданкин Н.А., Колобков С.Б. Решение пространственной задачи теории упругости для подготовительной выработки. // ФТПРПИ. -1981.- №4.- С. 15-23.

92. Каханер Д., Моулер К., Нэш С. Численные методы и програмное обеспечение: Пер. с англ. М.: Мир, 2001. - 575 с.

93. Победря Б.Е. Численные методы в теории упругости и пластичности. М.: МГУ, 1981.- 346 с.

94. Микеладзе Ш.Е. Численные методы математического анализа. М.: Гос-техиздат, 1953. 528 с.

95. Коллатс JI. Численные методы решения дифференцифльных уравнений. М.: ИЛ, 1953,- 460 с.

96. Безухов Н.И., Лужин О.В. Приложение методов теории упругости и пластичности к решению инжинерных задач. М.: Высшая школа, 1974. -200 с.

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

98. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979. -356 с.

99. Амусин Б.З., Фадеев А.Б. Метод конечных элементов при решении задач горной геомеханики. М.: Недра, 1977. - 143 с.

100. Зенкевич О., Чанг И. Метод конечных элементов в теории сооружений и в механике сплошных сред. М.: Недра, 1977. - 240 с.

101. Фадеев А.Б. Метод кончных элементов в геомеханике. М/. Недра, 1987.- 220 с.

102. Коротких В.А. Исследование напряженно-деформированного состояния вогруг двух очистных выработок без щелей и со щелями в кровле. // Межвуз. сб. научн. тр. Разработка соляных месторождений: Перм. Политехи. Институт, 1989.- С. 181-187.

103. Константинова С.А., Хронусов В.В., Соколов В.Ю. Напряженно-деформиррованное состояние и устойчивость пород в окрестости очистных выраобок при разработке одного сильвинитового пласта. // Изв. ВУЗов. Горный журнал. 1993.- №4,- С. 40-45.

104. Барях А.А., Шардаков И.Н., Ковтун В.Я. О влияние закладки на рас-предление напряжений в междукамерных целиках. // Межвуз. сб. научн. тр. Разработка соляных месторождений: Перм. Политехи. Институт. -1989.- С. 88-95.

105. Барях А.А., Шумихина А.Ю. Крупномасштабное математическое моделирование геомеханических процессов при разработке калийных месторождений. // Изв. ВУЗов. Горный журнал. 1993. - №4. - С. 31-38.

106. Шардаков И.Н., Трояновский И.Е., Труфанов И.А. Метод геметрическо-го погружения для решения краевых задач теори упругости. Свердловск: УНЦ, АН СССР, 1984.-- 66 с.

107. Шардаков И.Н., Барях А,А. Применение одного приближенного численного метода для оценки напряженно-деформированного состояния подработанного горного массива. // ФТПРПИ, 1990. №1. - С. 23-27.

108. Крауч С., Старфилд А. Методы граничных элементов в механике твердого тела. М.: Мир, 1987. - 327 с.

109. Бенерджи П., Баттерфилд Р. Методы граничных элементов в прикладных науках. М.: Мир, 1984. - 494 с.

110. Бреббия К., Теллес Ж., Вроубел JI. Методы граничных элементов. М.: Мир, 1987.- 524 с.

111. Мартыненко М.Д., Журавков М.А. Метод квазифункции Грина в механике деформируемого твердого тела. Мн.: Университетское, 1993. -180 с.

112. Журавков М.А., Мартыненко М.Д. Теоритические основы деформационной механики блочно-слоистого массива соляных пород. Мн.: Университетское, 1995.- 255 с.

113. Громадка II Т., Лей Ч. Комплексный метод граничных элементов в ин-жинерных задачах: Пер. с англ. М.:Мир, 1990. - 303 с.

114. Журавков М.А. Математическое моделирование деформационных процессов в твердых деформируемых средах: курс лекций. Мн.: БГУ, 2002. - 456 с.

115. Геомеханика горных выработок: Сопряжение лава-штрек/ Жданкин Н.А., Жданкина А.А. Новосибирск: Наука, 1990. - 112 с.

116. Подильчук Ю.Н. Пространственные задачи механики горных пород -Киев: Наук, думка, 1983. 160 с.

117. Константинова С.А., Спирков В.Л., Соколов В.Ю. Напряженно-деформированное состояние породного массива в окрестности сопряжения двух пересекающихся и ответвляющихся выработок// ФТПРПИ. -1986.- №5.

118. Александров А.Я. Решение основных трехмерных задач теории упругости для тел произвольной формы путем численной реализации метода интегральных уравнений// Докл. АН СССР. 1973. - Т.208. - №8.

119. Барях А.А., Еремина Н.А., Грачева Е.А. Оценка условий развития трещин в подработанном массиве. // ФТПРПИ, 1994. №5. - С. 84-88.

120. Партон В.З., Перлин П.И. Интегральные уравнения теории упругости.-М.: Наука, 1977.-311 с.

121. Cruse Т.А. Numerical solutions in three-dimensional elastostatics. Int. J. Solids Structs, 1969.- v. 5.- P. 1259-1274.

122. Cruse T.A., Rizzo F.J. A direct formulation and numerical solution of the general transient elasto-dynamic problem. J. Math. Anal. Appl. - 1968. -v. 22. - P. 244-259.

123. Lachat J.C. Further developments of the boundary integral techniques for elastostatic. Ph. D. thes.- Southampton univ., 1975.

124. Rizzo F.J., Shippy D.J. An advanced boundary equation method for three-dimensional thermo-elasticity. Int. J. Num. Meth. in Engng, 1977, v. 11, p. 1753.

125. Метод граничных интегральных уравнений. Вычислительные аспекты и приложения в механике\ Под ред. Т.Круза и Ф.Риццо. М.: Мир, 1978.

126. Banerjee Р.К. Integral equaion methodsfo analysis of piece-wise nonhomoge-neous three-dimensional elastic solids of arbitrary shape. Int.J. Mech. Sci.,1976,- v.18. P. 293-303.

127. Banerjee P.K., Butterfield R. Boundary element methods in geomechanics.-In: Finite elements in geomechanics. Ed. By G. Gudehus. London: Wiley,1977.

128. Tomlin G.R., Butterfield R. Elastic analysis of zone orthotropic continua.-Proc. ASCE, Engng Mech. Div., 1974.- v. EM3, P. 511-529.

129. Oliveira E.R.A. Plane stress analysis by a general integral method. J. ASCE, Eng. Mehc. Div., 1968. - Febr. - P. 79-85.

130. Watson J.O. Analysis of thick shells with holes by using integral eqation method. Ph. D. thes. - Southampton Univ., 1973.

131. Jaswon M.A., Symm G.T. Integral equation methods in potential theory and elastostatics. London: Academic Press, 1977.

132. Морарь Г.А. Метод разрывных решений в механике деформируемых твердых тел. Кишинев: Штиинца, 1990. - 130 с.

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

134. Линьков A.M., Зубков В.В., Хеиб М.А. Метод решения трехмерных задач о пластовых выработках и геологических нарушениях // ФТПРПИ. -1997.-№4.-С. 3-25.

135. Линьков A.M., Могилевская С.Г. Гиперсингулярные интегралы в плоских задачах теории упругости // Прикладная математика и механика. -1990.- Т.54, №1. С. 116-122.

136. Зубков В.В., Зубкова И.А., Линьков A.M., Могилевская С.Г. Расчет напряженного состояния массива горных пород около очистных выработок142произвольной пространственной формы//ФТПРПИ. 1986.- №3.- С. 24-30.

137. Gray L.J., Martha L.F., Ingraffea A.R. Hypersingular integrals in boundary element fracture analysis // Int. J. Numerical Methods Engineering. 1990. -V.29. - P. 1135-1158.

138. Исследование характера восстановления нагрузки на почву лавы позади очистного забоя после выемки верхнего слоя в условиях третьего горизонта ПО "Беларуськалий" / Губанов В.А., Поляков A.JL, Щерба В.Я. // Горный журнал. -2002. № 3-4. - с.39-40.

139. О механизме обрушения пород кровли при слоевой выемке Третьего калийного пласта / Губанов В.А. // Горный журнал. 2002. - № 3-4. -с.50-64.

140. Губанов В.А. Об опорном давлении на Старобинском месторождении калийных солей. "Безопасность труда в промышленности",- М.: Недра, №4.- 1983.- С. 57-58.

141. Лисицин А.И. Прочностные характеристики соляных пород Старобинского калийного месторождения // Калийная пром-сть: Науч.-техн.реф.сб. М., 1980. - С. 9-12

142. Нормативные и методические документы по ведению горных работ на Старобинском месторождении калийных солей. Мн., 1995. - 213 с.

143. Оберт Л. Хрупкое разрушение горных пород// Разрушение- М.:Мир, 1976. Т.7: Разрушение неметаллов и композитных материалов. - 4.1: Неорганические материалы. - 640 с.