В благоприятных горно-геологических условиях, в частности на Старобинском месторождении калийных солей (Беларусь), применяются системы отработки длинными очистными забоями, которые обуславливают высокую техногенную нагрузку на недра, включая интенсивную деформацию земной поверхности. Представленные исследования направлены на изучение динамики сдвижения земной поверхности в процессе подвигания забоя лавы. Математическое моделирование осуществлялось в упруго-пластической постановке с численной реализацией методом конечных элементов. Условием обрушения пород кровли являлось раскрытие контакта между слоями при достижении его границ трещинами сдвига или формирование области растягивающих напряжений на обнажении. При движении фронта очистных работ наблюдается рост оседаний с последующей их стабилизацией до величины, определяемой технологическими параметрами ведения горных работ и физико-механическими свойствами обрушенных пород. При этом каждая точка земной поверхности испы тывает знакопеременные горизонтальные деформации: при приближении фронта – растяжения, при удалении – сжатия. Полученные результаты математического моделирования хорошо согласуются с данными инструментальных измерений сдвижений земной поверхности, что свидетельствует об адекватности описания процесса деформирования породного массива при слоевой выемке сильвинитовых пластов длинными очистными забоями.
При разработке практически всех месторождений калийных солей одной из наиболее сложных задач обеспечения безопасности горных работ является изучение газодинамических явлений (ГДЯ). С ГДЯ связаны внезапные выбросы соли и газа, динамические разрушения, которые сопровождаются интенсивным газовыделением и возможным выносом разрушенной породы в горную выработку. Геологическими предпосылками развития ГДЯ зачастую является слоистое строение массива соляных пород, наличие прослоев и слоев соляных глин. Применительно к условиям рудника Усольского калийного комбината проведены комплексные исследования факторов, характеризующих возможность газодинамического обрушения кровли очистных камер. В рамках шахтных исследований определены давление свободных газов и начальная скорость газовыделения в породах кровли выработок. Полученные экспериментальные оценки использовались как параметрическая основа математического моделирования геомеханических процессов в условиях приконтактного скопления свободного газа. Деформирование слоистого соляного массива, подработанного камерной системой разработки, описывалось моделью идеальной упруго-пластичной среды с внутренним трением. В качестве критерия пластичности в области сжатия использовалась параболическая огибающая кругов Мора. При численной реализации деформирование глинистых контактов моделировалось контактными элементами Гудмана. По результатам многовариантных численных расчетов установлено, что о сновными факторами, определяющими возможность реализации ГДЯ, являются дополнительное давление газа на контакте, ширина пролета выработки и расстояние от кровли до первого содержащего газ контакта. При многоярусном расслоении пород кровли существует опасность формирования крупных очагов ГДЯ и реализуется механизм последовательного обрушения слоев в мгновенном режиме.
Разработка месторождений водорастворимых руд связана с необходимостью обеспечения сохранности водозащитной толщи (ВЗТ), отделяющей водоносные горизонты от выработанного пространства рудника. Одним из индикаторов уровня техногенной нагрузки на пласты ВЗТ являются оседания земной поверхности, определяющие характер формирования мульды сдвижения земной поверхности. Наибольшую опасность нарушения сплошности водозащитной толщи составляют участки, расположенные в краевых частях мульды сдвижения. Применительно к условиям Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей методами математического моделирования показано, что в качестве индикаторов опасности сквозного разрушения водозащитной толщи могут быть приняты следующие параметры мульды сдвижения: длина краевой части, нормированная на глубину горных работ, и максимальные оседания земной поверхности. Критическое сочетание этих показателей обуславливает нарушение сплошности краевой части водозащитной толщи. Данные параметры мульды сдвижения легко контролируются инструментальными методами и могут быть включены в основу общей системы мониторинга состояния водозащитной толщи на калийных рудниках. В целях обеспечения защиты рудника от прорыва пресных вод необходимым является создание в краевых частях выработанного пространства у постоянно или временно остановленных границ горных работ зон смягчения. Рассмотрены различные варианты формирования зон смягчения. Численными экспериментами установлено, что наиболее эффективным способом обеспечения сохранности водозащитной толщи является создание зон смягчения путем закладки очистных камер нижнего отрабатываемого пласта или исключением его из отработки.
Исследование особенностей деформирования и разрушения соляных пород при отработке калийных пластов позволило реализовать методику оценки состояния грузонесущих элементов камерной системы разработки, которая заключается в инструментальном контроле целиков комплексом геофизических и прямых методов с последующим прогнозом их остаточного срока службы методами математического моделирования.
Исследование особенностей деформирования и разрушения соляных пород при отработке калийных пластов позволило реализовать методику оценки состояния грузонесущих элементов камерной системы разработки, которая заключается в инструментальном контроле целиков комплексом геофизических и прямых методов с последующим прогнозом остаточного срока службы целиков методами математического моделирования.
