Подать статью
Стать рецензентом
Том 266
Страницы:
167-178
Скачать том:
RUS ENG
Научная статья
Геология

Оценка устойчивости породного массива в районе подземной исследовательской лаборатории (Нижнеканский массив, участок Енисейский)

Авторы:
Д. Ж. Акматов1
А. И. Маневич2
В. Н. Татаринов3
Р. В. Шевчук4
С. М. Забродин5
Об авторах
  • 1 — младший научный сотрудник Геофизический центр РАН ▪ Orcid
  • 2 — научный сотрудник Геофизический центр РАН ▪ Orcid
  • 3 — д-р техн. наук член-корреспондент РАН Геофизический центр РАН ▪ Orcid
  • 4 — младший научный сотрудник Геофизический центр РАН ▪ Orcid
  • 5 — главный специалист Геофизический центр РАН ▪ Orcid
Дата отправки:
2022-10-29
Дата принятия:
2023-10-25
Дата публикации онлайн:
2024-02-26
Дата публикации:
2024-04-25

Аннотация

Приведены результаты исследования геодинамических и горно-геологических условий участка Енисейский (Красноярский край), выбранного для строительства подземной исследовательской лаборатории. Лаборатория создается на глубине 500 м с целью обоснования пригодности породного массива для захоронения высокоактивных радиоактивных отходов. Породы представлены слаботрещиноватыми гнейсами, гранитами и дайками метадолеритов. Для оценки устойчивости массива выполнены полевые наблюдения на коренных обнажениях пород, включающие определение показателей качества массива, измерение трещиноватости пород и рейтинговую классификацию устойчивости по методу Н.Бартона, а также ГНСС-наблюдения за деформациями земной поверхности. Эти данные использованы при разработке трехмерной структурной модели, включающей литологию, разрывные нарушения, интрузивные тела, упруго-прочностные свойства пород, размеры зон динамического влияния разломов. Модель станет базой для задания граничных условий и построения трехмерных вариационных моделей напряженно-деформированного состояния, выявления зон концентрации опасных напряжений, а также планирования натурных геомеханических экспериментов в горных выработках подземной лаборатории. Полученные значения модернизированного индекса QR для основных типов пород позволили их отнести к устойчивым и среднеустойчивым, что соответствует крепким и очень крепким породам по шкале Бартона и рейтингу массива по геомеханической классификации.

Ключевые слова:
геоэкологическая безопасность высокоактивные радиоактивные отходы подземная исследовательская лаборатория структурно-тектоническая модель тектонический блок разлом рейтинговые оценки качества массива
Перейти к тому 266

Введение

В России накоплен огромный объем радиоактивных отходов (РАО), хранение которых на земной поверхности представляет чрезвычайную опасность для населения и окружающей среды. Наиболее опасными являются высокоактивные РАО, содержащие радионуклиды c периодом полураспада более 10 тыс. лет. На современном уровне научно-технического прогресса самым надежным способом удаления их из биосферы является захоронение РАО в глубокие непроницаемые геологические формации (кристаллические породы, соли, туфы). Фундаментальным условием обеспечения геоэкологической безопасности захоронения РАО являются изоляционные способности породного массива и слабоактивный геодинамический режим территории. Концепция безопасности геологических хранилищ РАО основана на использовании принципа многобарьерности, когда изоляцию РАО обеспечивает комплекс инженерных и природных барьеров. Каждый из барьеров выполняет свои функции в течение определенного времени. Очевидно, что самым долговечным является геологический барьер. Однако тектонические движения (медленные криповые и быстрые сейсмические) могут привести к разрушению структурно-тектонического блока (дальняя зона) с размещенными в нем выработками пункта глубинного захоронения РАО (ПГЗРО). Не меньшую опасность представляют геомеханические процессы, приводящие к образованию высокоградиентных зон концентрации напряжений или ослаблению приконтурной части (ближней зоны) горных выработок ПГЗРО.

В 2022 г. в гранитогнейсовых породах Нижнеканского массива в 20 км севернее Красноярска началось строительство подземной исследовательской лаборатории (ПИЛ) для принятия окончательного решения о возможности строительства ПГЗРО [1, 2]. Исследования в ПИЛ ведутся во многих развитых странах, использующих ядерные технологии: Швеции (Äspö), Финляндии (Onkalo), Швейцарии (Grimsel), Германии (Горлебен) [3-5], Японии (Mizunami), Китае (Бэйшань) и др. [6, 7]. В России разрабатывается программа исследований для ПИЛ Нижнеканского массива. Немаловажная часть этих исследований – геомеханические эксперименты. Для их проведения планируются специальные камеры и глубокие скважины [8-11]. Проектные решения по организации систем наблюдений включают обоснование методов и методик измерений оптимальных мест для датчиков и проведения натурных экспериментов, выбор необходимой аппаратуры и технических средств, взаимосвязь с другими экспериментами, алгоритмы обработки результатов наблюдений и т.д. [12].

В статье приведены результаты разработки трехмерной геомеханической модели породного массива на участке Енисейский как начальной стадии этих работ. Предполагается, что на ее основе будут планироваться схемы расположения камер и скважин для натурных геомеханических экспериментов, размещения датчиков сети мониторинга и задаваться граничные условия для численного моделирования напряженно-деформированного состояния (НДС) пород в пределах участка.

Методы

На рис.1 приведен вариант объемно-планировочного решения расположения исследовательских выработок в ПИЛ на конец 2018 г. Лаборатория располагается на глубине 500 м от земной поверхности и включает три шахтных ствола (вентиляционный, эксплуатационный для спуска РАО и персонала), систему горизонтальных выработок, исследовательские камеры и скважины. Эта схема носит предварительный характер и будет уточняться в зависимости от выявления особенностей геологического строения массива [1]. В первую очередь еще до проходки выработок должна быть разработана классификация устойчивости вмещающих пород, а также определены их критические свойства, влияющие как на долгосрочную стабильность ПГЗРО, так и обеспечение безопасных условий ведения горных работ на глубине 500 м при проходке выработок. При этом должны учитываться следующие основные параметры [13-15].

Рис.1. Принципиальная схема ПИЛ (синим цветом выделены исследовательские выработки), цифрами – планируемые эксперименты по геомиграции (1-3); геохимии (4); геомеханике (5); инженерным барьерам (6-8); микробиологии (9); газовыделению (10); отработке технологии упаковки РАО (11, 12); прототипу захоронения (13); гидрогеологии (14); M – станции мониторинга

Зоны влияния разломов

Разломные зоны являются потенциальными путями для миграции нуклидов за пределы санитарной зоны ПГЗРО [16-18]. Зоны динамического влияния разломов представляют собой сильно нарушенные по отношению к внутренним частям структурных блоков породы. Если они пересекают площадку, то могут быть триггерами опасных геомеханических процессов в приконтурной части выработок и каналами инфильтрации подземных вод к контейнерам с РАО [19, 20].

Разломы классифицируются на три категории в зависимости от их длины [13, 14]:

  • класс А – разломы с длиной в диапазоне от нескольких десятков до нескольких сотен километров;
  • класс В – разломы с длиной от нескольких километров до десятков километров;
  • класс С – разломы, длина которых измеряется в метрах или сотнях метров.

Зона динамического влияния разломов в настоящей статье является довольно общим понятием, которое включает все типы трещиноватых зон. Ширина зоны динамического влияния для местных и локальных разломов рассчитывается согласно формуле, приведенной в работе Г.Г.Кочаряна [21],

F W =kL, (1)

где L – длина разлома, км; k – коэффициент, зависящий от масштаба и типа разрушения пород, диапазон изменения k от 0,1 до 0,2 для локальных и региональных разломов соответственно [22], некоторые авторы указывают меньшие значенияk (до 10–4).

Зонам разломов класса А запрещается захватывать строительную площадку ПГЗРО. Присутствие разломов класса В разрешено, но они не должны пересекать выработки, предназначенные для размещения РАО. Разломам класса С разрешается пересекать выработки, однако необходима рейтинговая оценка качества пород для принятия дополнительных мер.

Химический индекс подземных вод

Отражает основные химические свойства флюидов – кислотность, щелочность, содержание солей и других химических элементов, от которых зависит стойкость инженерных барьеров к коррозии. Химический индекс CRchm включает три параметра:TDS – содержание общих растворенных твердых веществ; pH – кислотность/щелочность; Cl – параметр, который указывает на концентрацию хлоридных ионов в воде. Значение суммарного химического индекса определяется в зависимости от состава подземных вод. При 6 < pH < 10, TDS < 50 г/л, Cl < 20 г/л геохимическая обстановка вполне благоприятна и не снизит «качество» пород. Значение геохимического параметра определяется как 1,0. Если одно из этих требований не выполняется, то геохимическая обстановка считается в основном благоприятной и принимается значение 0,8. В противном случае геохимическая среда рассматривается как «малопригодная» и ей присваивается достаточно низкое значение 0,1.

Тепловой эффект

Вследствие распада радионуклидов вмещающие породы будут подвергаться воздействию повышенных температур длительный период времени (по различным оценкам порядка 120-150 °С в течение более 150 лет). В условиях одновременного воздействия горного давления и тектонических напряжений это может оказать существенное влияние на устойчивость пород. Свойства пород рассматриваются в двух аспектах. Величина теплопроводности может влиять на объемно-планировочные решения выработок ПГЗРО. Другой аспект – изменение физико-механических свойств под воздействием высокой температуры. Экспериментальные исследования в работе [23] подтвердили, что высокая температура может привести к значительному снижению механической прочности горных пород. В данной статье индекс теплового эффекта определяется как отношение прочности при одноосном сжатии при максимальной температуре σ cd T max к значению прочности при комнатной температуре Ccd:

C T R = σ cd T max C cd .(2)

Предлагается использовать средневзвешенное значение индекса теплового эффекта в случае, если на исследуемом участке отмечается несколько типов пород. Например, если присутствуют гранит и метаморфическая порода (гнейсы) в соотношении 70 и 30 % соответственно, то индекс рассчитывается с использованием формулы:

C T R =0,7 C T gran R +0,3 C T metam R .(3)

Q-индекс по Н.Бартону. Согласно исследованиям, проведенным в подземной лаборатории «Äspö» (Швеция) [6], выявлено, что параметры коэффициента релаксации напряжений (SRF) и обводненности пород Jw не являются подходящими для оценки устойчивости массива при подземной изоляции РАО [24, 25]. Поэтому в системе оценки пригодности массива пород для захоронения РАО принято использовать произведение четырех параметров:

Q = RQD J n J r J a   ,(4)

где RQD – индекс качества горных пород; Jn – количество систем трещин; Jr – показатель шероховатости поверхностей трещин (шероховатость наиболее неблагоприятного разрыва); Ja – выветрелость и изменение состояния трещин.

Индекс качества пород, характеризующий их структурную нарушенность, рассчитывается по формуле [26-28]:

RQD= L Σ L 100%, (5)

где LΣ – сумма длин расстояний между естественными трещинами длиной более 10 см, м.

Индекс гидравлической проводимости пород

Гидравлическая проводимость (скорость жидкости через поры и трещины) играет важную роль, так как в случае разрушения инженерных барьеров определяет скорость выноса радионуклидов в окружающую среду (в данном случае в р. Енисей). Гидравлическая проводимость зависит от проницаемости, насыщения, плотности и вязкости жидкости, индекс определяется следующим образом:

J w R = 1,0,если(K< 10 8 м/сут)90%; 1,7,70%если(K< 10 8 м/сут)<90%; 1,3,30%если(K< 10 8 м/сут)<70%; 1,1,70%если(K< 10 8 м/сут)<30%; (6)

где K – удельная гидравлическая проводимость (или проницаемость) горных пород.

Индекс отношения прочности к напряжению

Механическая устойчивость выработок в основном зависит от соотношения прочности и действующих напряжений в массиве пород [26, 29]. Обычно это оценивается по отношению прочности при одноосном сжатии к максимальному главному напряжению. Это отношение используют в качестве коэффициента запаса прочности [30]. В соответствии с классификацией устойчивости Бартона онопределяется по формуле

SRF R = 0,5,если( σ с / σ 1 >5)90%; 1,0,70%если( σ с / σ 1 >5)<90%; 5,0,40%если( σ с / σ 1 >5)<70%; 20,если( σ с / σ 1 >5)<40%; (7)

где σс – прочность пород при одноосном сжатии; σ1 – максимальное напряжение в массиве; σс1 > 5 – процент данных о соотношении прочности и напряжений.

В работе [31] представлена система классификации горных пород на основе Q-индекса по Н.Бартону, но адаптированная под особенности подземной изоляции РАО. Оценочный индекс пригодности вмещающих пород включает факторы теплового воздействия, химического состава подземных вод и водопроницаемость вмещаемого массива. Модернизированный индекс определяется формулой

Q R = C chm R C T R Q J w R SRF R . (8)

Классификация породного массива по классу устойчивости приведена в табл.1.

Таблица 1

Категории массива горных пород по степени устойчивости

QR

Класс

Степень устойчивости

Категория устойчивости массива

[40, 1000]

I

Высокая

Устойчивый

[10, 40]

II

Средняя

Среднеустойчивый

[0, 10]

III

Низкая

Неустойчивый

Характеристика породного массива

Нижнеканский массив расположен в зоне аккреции, на контакте двух крупных геологических структур – Сибирской платформы и Западно-Сибирской плиты [32]. Выбранный для строительства ПИЛ участок Енисейский имеет размеры приблизительно 2х3 км и находится на северо-западе гранитоидного Нижнеканского массива. На рис.2 показаны основные тектонические нарушения района [32]. Более детальная характеристика тектонических и геологических условий приведена в работах [9, 30-32, 34]. Правобережный и Шумихинский разломы разделяют участок Енисейский на три структурных блока. По геологическим данным, Правобережный разлом считается тектонически активным. По анализу морфологии рельефа выделяются локальные разломы и трещины. На расстоянии 2-3 км к западу от границы участка проходит активный Муратовский разлом, который многие геологи считают границей между Сибирской платформой и Западно-Сибирской плитой [8-9].

На основе разработанной классификации была построена 3D-модель участка, включающая 11 разломов различных классов. Трехмерная модель визуально показана на рис.3. Среди разломов два относятся к классу А и простираются более чем на 30 км. Они находятся в западной части исследуемой территории. В пределах строительной площадки ПИЛ выявлены разломы класса С длиной от 300 до 1000 м. Эти локальные разломы ориентированы на северо-восток, и их количество превышает 16. В соответствии с классификацией оценки пригодности, разломы класса А не достигают контур строительной площадки. Разлом класса B (Безымянный) пересекает строительную площадку, не достигая выработок ПГЗРО. Можно сделать вывод, что участок Енисейский оценивается как пригодный для строительства ПИЛ.

Рис.2. Структурно-тектоническая схема района. Черные линии – разломы: толстые – главные, средней толщины – региональные, тонкие – локальные, пунктирные – предполагаемые разломы

1 – аллювиальные отложения (галечники, пески); 2 – юрские отложения (песчаники, алевролиты, аргиллиты); 3 – ранние архейские гнейсы, кристаллосланцы атамановской серии; 4 – позднерифейские граниты биотитовые [33]

Рис.3. Трехмерная модель основных тектонических нарушений. Разломы: Р1 – Муратовский; Р2 – Атамановский; Р3 – Кантатский; Р4 – Шумихинский; Р5 – Правобережный; Р6 – Безымянный; Р7 – Студеный; Р8 – Меридиональный; Р9 – Байкальский; Р10 – Богдановский; Р11 – № 1

1 – гнейс; 2 – разломы; 3 – контур площадки ПГЗРО

На участке Енисейский пробурено 17 скважин с отбором керна и выполнено определение физико-механических свойств горных пород (табл.2) [35]. По причине того, что документация кернового материала для определения категорий устойчивости породных массивов не велась, в 2021-2022 гг. было выполнено геотехническое документирование скальных обнажений с целью определения степени нарушенности горных пород и оценки их устойчивости [33]. Статистическая обработка результатов показала, что трещины в зоне динамического влияния Муратовского разлома имеют северо-восточное направление (рис.4, в), Безымянного разлома – северо-восточное – юго-западное и юго-восточное – северо-западное (азимут ~10° и 130°) (рис.4, г). В отличие от гранитогнейсовых пород, дайковые комплексы метадолеритов менее трещиноватые [35].

Таблица 2

Сводные физико-механические свойства горных пород на участке Енисейский

Характеристика

Породы

Гнейсы

Метадолериты

Объемный вес, т/м3

2,75

2,91

Коэффициент Пуассона

0,27

0,29

Модуль упругости, МПа

(7,0-7,7)∙104

9,15∙104

Модуль деформации, МПа

5,9∙104

7,09∙104

Предел прочности на одноосное сжатие, МПа

131,0

143,9

Предел прочности на растяжение, МПа

12,89

12,41

Предел прочности на сдвиг, МПа

57,15

99,6

Рис.4. Стереограммы трещиноватости пород Нижнеканского массива в зонах динамического влияния Муратовского (а) и Безымянного (б) разломов; роза-диаграмма трещиноватости в зонах динамического влияния Муратовского (в) и Безымянного (г) разломов

При задании граничных условий для моделирования полей напряжений очень важно правильное направление внешних тектонических усилий [36-39]. Результаты геолого-геофизических исследований показывают, что поле напряжений а районе характеризуется доминирующими напряжениями субгоризонтального сжатия по азимутам около 40°. Более детальное изучение современного НДС Нижнеканского массива приведено в работе [8]. По результатам анализа ориентации осей и скоростей деформаций, полученных средствами ГНСС, очевидно, что поле деформаций представляет собой весьма «мозаичную» картину (рис.5). Северная и восточная границы участка западнее от Правобережного разлома в основном характеризуются субмеридиональным растяжением. Западная граница участка, соответствующая оси Правобережного разлома, подвергается субмеридиональному сжатию и субширотному растяжению. Зона к северу от разлома Безымянный испытывает растяжение, в то время как блок, ограниченный Меркурьевским и Верхнешумихинским разломами, сжатие.

На расстоянии 3 км от участка Енисейский ранее были выполнены работы по оценке напряжений методом гидроразрыва. Они показали, что горизонтальное напряжение σxx = σyy = 13,5 МПа, а вертикальное σzz = 12 МПа. В других работах [33, 40] отмечается, что напряжения в массиве составляют 21,4 МПа. Как видно, данные весьма противоречивые. При геотехнической документации скальных обнажений площадки выбирались равномерно в различных геологических условиях. Подробно изучалась зона динамического влияния Муратовского разлома, на расстоянии до 1 км от него были выполнены измерения на четырех геологических площадках. Еще три площадки были выбраны на удалении от местных тектонических нарушений – в массивах, не нарушенных интрузивными телами даек. Пять площадок исследований соответствовали разрывным нарушениям местного масштаба – Байкальский, Кантатский, Безымянный, Верхнешумихинский и Меркурьевский разломы. Еще четыре площадки описаны в ходе рекогносцировочных маршрутов, в которых были зафиксированы интрузивные комплексы даек метадолеритов. Все данные обобщены по категориям устойчивости пород по величине QR и систематизированы в табл.3:

  • категория 1 – 500-метровая зона динамического влияния Муратовского разлома. Породы состоят в основном из гранитов и гнейсов с прожилками кварца и дайки метадолеритов малой мощности;
  • категория 2 – зоны динамического влияния разрывных нарушений местного масштаба. Породы выражены в основном гранитами и гнейсами с прожилками кварца дайки метадолеритов малой мощности;
  • категория 3 – интрузивные комплексы, представленные дайками метадолеритов мощностью до 10-20 м;
  • категория 4 – вне зоны динамического влияния разрывных нарушений. Породы выражены в основном гранитами и гнейсами.

Таблица 3

Классы устойчивости пород

Категория

Q'

CRchm

CRT

JRw

SRF

QR

Класс

1

13

1,0

0,80

1,0

0,5

20,8

II

2

86

1,0

0,88

1,0

0,5

151,4

I

3

22

1,0

0,87

0,8

0,5

30,6

II

4

68

1,0

0,85

0,7

0,5

80,9

I

Рис.5. Главные оси и скорости горизонтальных деформаций, установленные по результатам наблюдений с использованием ГНСС за период с 2012 по 2021 г. [8]

Гидрохимические исследования показали: общая минерализация 50-450 мг/л, воды гидрокарбонатно-кальциевые [41], среднее значение рН = 8,1, общая жесткость не превышает 6,25 °Ж, содержание нитрат-иона ниже 3,76 мг/л, хлоридов – 0,9-7,5 мг/л. Следовательно, требования к геохимическим параметрам выполняются и геохимический параметр может быть принят как 1,0. Индекс теплового эффекта принят C T R = 0,88 из анализа результатов физико-механических исследований и экспериментов в Китае [13]. Согласно работам [32, 42], коэффициент водопроницаемости для гранитогнейсовых пород Нижнеканского массива варьируется в диапазоне от 10–9 до 10–10 м/сут. Это означает, что они обладают низкой водопроводимостью. В соответствии с (6) величина J W R принимается равной 1,0. Конкретное значение соотношения прочности к главному напряжению, согласно (7), равно 6,2, следовательно величина SRFR будет равна 0,5. Таким образом, оценка устойчивости породного массива (8) показала, что участок характеризуется хорошими значениями рейтинга качества и пригоден для строительства ПИЛ.

Следующим этапом работы стало создание трехмерной геологической модели по результатам анализа архивных геолого-геофизических данных [42-44]. На основе геологических разрезов и схем различных горизонтов были разработаны каркасная и блочная геолого-структурная модели участка Енисейский [33]. Литологическая модель включает три слоя пород: четвертичные отложения и образования коры выветривания с мощностью до 20 м. Верхний слой состоит из плагиогнейсов и биотитовых гнейсов с прослоями кристаллических сланцев. Нижний – из кордиерит-биотитовых с прослоями биотитовых и гранатсодержащих гнейсов (рис.6, а). Разрывные нарушения на участке представлены зонами дробления, милонитизации, тектоническими брекчиями и разрывами без смещения (рис.6, бв) [33, 35]. Тектонические разрывы модели подразделяются на главные и второстепенные нарушения. Интрузивные и ультраметаморфические образования представлены густой сетью крутопадающих дайек метадолеритов с мощностью до 30 м (рис.6, г). Разрывные нарушения местного и локального масштаба подробно описаны в работе [33]. Кроме этого, в модель были включены зоны дробления и смятия по данным геологических разрезов. Эти зоны тесно коррелируют с главными разломами участка, достигая глубины до 700 м.

Блочная модель, составленная на основе каркасной (рис.6, ав), представляет геологические структурные особенности в виде блоков с определенными физико-механическими свойствами (рис.7, а). Эта модель используется для более детального и точного описания геологической структуры и поведения горного массива.

Рис.6. Трехмерное представление основных геологических структур 3D-модели участка Енисейский: а – литологическая модель; б – модель разрывных нарушений; в – зоны дробления, повышенной трещиноватости и брекчирования; г – интрузивные и дайковые комплексы

Рис.7. Каркасная модель: а – структурная блочная модель; б – зоны динамического влияния главных разрывных нарушений

1 – четвертичные отложения; 2 –  верхняя толща; 3 – нижняя толща; 4 – зоны повышенной трещиноватости; разломы: РН1 – Верхнешумихинский; РН2 – Верхнемеркурьевский; РН3 – Меркурьевский; РН4 – Безымянный; РН5 – № 5; РН6 – № 6; РН7 – № 7

В каркасной модели (см. рис.6, б) разрывные нарушения строились в виде поверхностей (дислокаций) с нулевой шириной по причине недостатка информации о мощности разломов [33]. Используя эмпирические зависимости, были определены размеры зон динамического влияния разрывных нарушений, и на основе этой информации построена блочная модель рис.7, б.

Построение блочной модели разломов с зонами динамического влияния является важным инструментом для вариационного моделирования НДС, анализа и оценки геодинамических процессов, происходящих в массиве.

Заключение

Для безопасного захоронения высокоактивных РАО важно определить критические свойства горных пород, которые влияют как на долгосрочную стабильность геологического хранилища РАО, так и обеспечение безопасных условий горных работ. Анализ мирового опыта показал, что для этого эффективно используются эмпирические рейтинговые классификации. Для оценки устойчивости породного массива, вмещающего выработки ПГЗРО, существующие классификации были модернизированы.

В модернизированный индекс QR включеныпараметры, учитывающие разрывные зоны, соотношение прочности и действующих напряжений SRF, индекс Q и др. Предварительные результаты оценки устойчивости породного массива показали, что выбранный участок пригоден для строительства ПИЛ. Установлено, что участки породного массива в зоне динамического влияния основных тектонических разломов района являются менее устойчивыми, в то время как интрузивные породы, представленные дайковыми комплексами, более устойчивы.

Разработана трехмерная структурно-тектоническая модель участка Енисейский, которая станет впоследствии основой для численного вариационного моделирования напряженно-деформированного состояния массива и создания общей геомеханической модели участка. Построение блочной модели с зонами динамического влияния разрывных нарушений является первым шагом к более глубокому пониманию поведения разломов и их влияния на стабильность и безопасность горных массивов. Модель позволит выявить зоны концентрации опасных напряжений, а также спланировать натурные геомеханические эксперименты в горных выработках ПИЛ.

Литература

  1. Дорофеев А.Н., Большов Л.А., Линге И.И. и др. Стратегический мастер-план исследований в обоснование безопасности сооружения, эксплуатации и закрытия пункта глубинного захоронения радиоактивных отходов // Радиоактивные отходы. 2017. № 1. С. 33-40.
  2. Абрамов А.А., Большов Л.А., Дорофеев А.Н. и др. Подземная исследовательская лаборатория в Нижнеканском массиве: эволюционная проработка облика // Радиоактивные отходы. 2020. № 1 (10). С. 9-21. DOI: 10.25283/2587-9707-2020-1-9-21
  3. Joutsenvaara J., Holma M., Kotavaara O. et al. Callio Lab – the deep underground research centre in Finland, Europe // 17th International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics, 26 August – 3 September 2021, Valencia, Spain. Journal of Physics Conference Series, 2022. Vol. 2156. № 012166. DOI: 10.1088/1742-6596/2156/1/012166
  4. Qiangyong Zhang, Chuancheng Liu, Kang Duan et al. True Three-Dimensional Geomechanical Model Tests for Stability Analysis of Surrounding Rock During the Excavation of a Deep Underground Laboratory // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2020. Vol. 53. P. 517-537. DOI: 10.1007/s00603-019-01927-0
  5. Цебаковская Н.С., Уткин С.С., Капырин И.В. и др. Обзор зарубежных практик захоронения ОЯТ и РАО. М.: Комтехпринт, 2015. 208 с.
  6. Koyama T., Chijimatsu M., Shimizu H. et al. Numerical modeling for the coupled thermo-mechanical processes and spalling phenomena in Äspö Pillar Stability Experiment (APSE) // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2013. Vol. 5. Iss. 1. P. 58-72. DOI: 10.1016/j.jrmge.2013.01.001
  7. Saceanu M.C., Paluszny A., Zimmerman R.W., Ivars D.M. Fracture growth leading to mechanical spalling around deposition boreholes of an underground nuclear waste repository // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. Vol.152. № 105038. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2022.105038
  8. Татаринов В.Н., Морозов В.Н., Кафтан В.И., Маневич А.И. Современная геодинамика южной части Енисейского кряжа по результатам спутниковых наблюдений // Геофизические исследования. 2018. Т. 19. № 4. С. 64-79. DOI: 10.21455/gr4-5
  9. Кафтан В.И., Гвишиани А.Д., Морозов В.Н., Татаринов В.Н. Методика и результаты определения движений и деформаций земной коры по данным ГНСС на Нижне-Канском геодинамическом полигоне в районе захоронения радиоактивных отходов // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Т. 16. № 1. C. 83-94. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-1-83-94
  10. Manevich A.I., Tatarinov V.N., Kolikov K.S. Detection of crustal deformation anomalies with regard to spatial scale effect // Eurasian mining. 2019. № 2. P. 19-22. DOI: 10.17580/em.2019.02.04
  11. Гупало В.С. Приоритетные параметры физических процессов в массиве пород при определении безопасности захоронения радиоактивных отходов // Записки Горного института. Т. 241. С. 118-124. DOI: 10.31897/PMI.2020.1.118
  12. Demenkov P.A., Karasev M.A., Petrov D.N. Predicting Land-Surface Deformations During The Construction of Underground Facilities of Complex Spatial Configuration // International Journal of Civil Engineering and Technology. 2017. Vol. 8. Iss. 11. P. 1161-1171
  13. Liang Chen, Ju Wang, Zihua Zong et al. A new rock mass classification system QHLW for high-level radioactive waste disposal // Engineering Geology. 2015. Vol. 190. P. 33-51. DOI: 10.1016/j.enggeo.2015.02.006
  14. Ju Wang, Liang Chen, Rui Su, Xingguang Zhao. The Beishan underground research laboratory for geological disposal of high-level radioactive waste in China: Planning, site selection, site characterization and in situ tests // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2018. Vol. 10. Iss. 3. P. 411-435. DOI: 10.1016/j.jrmge.2018.03.002
  15. Tong Y., Yue Y., Huang Z. et al. Modified RMR Rock Mass Classification System for Preliminary Selection of Potential Sites of High-Level Radioactive Waste Disposal Engineering // Sustainability. 2022. Vol. 14 (23). P. 1-17. DOI: 10.3390/su142315596
  16. Zhang Q., Liu C., Duan K. et al. True Three-Dimensional Geomechanical Model Tests for Stability Analysis of Surrounding Rock During the Excavation of a Deep Underground Laboratory // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2020. Vol. 53. P. 517-537. DOI: 10.1007/s00603-019-01927-0
  17. Протосеня А.Г., Карасаев М.А., Беляков Н.А. Разработка численной модели прогноза предельного состояния массива с использованием критерия прочности Ставрогина // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2015. № 1. С. 40-48.
  18. Ковалев О.В. Горно-геомеханический прогноз размещения отходов в горных выработках, в том числе в сейсмоопасных районах добычи сырья // Записки Горного института. 2016. Т. С. 61-71.
  19. León Vargas R.P., Friedel M., Hassanzadegan A. et al. BARIK: an extended Hoek–Brown-based anisotropic constitutive model for fractured crystalline rock // Safety of Nuclear Waste Disposal. 2023. Vol. 2. P. 119-120. DOI: 10.5194/sand-2-119-2023
  20. Xie He-ping, Gao Feng, Ju Yang et al. Quantitative definition and investigation of deep mining // Journal of the China Coal Society. Vol. 40. № 1. P. 1-10. DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2014.1690
  21. Кочарян Г.Г. Геомеханика разломов. М.: ГЕОС, 2016. 424 с.
  22. Шерман С.И., Борняков С.А., Буддо В.Ю. Области динамического влияния разломов (результаты моделирования). Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1983. 112 с.
  23. Wang F., Konietzky H. Thermo-Mechanical Properties of Granite at Elevated Temperatures and Numerical Simulation of Thermal Cracking // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2019. Vol. 52. Iss. 10. P. 3737-3755. DOI: 10.1007/s00603-019-01837-1
  24. Barton N. A review of mechanical over-closure and thermal over-closure of rock joints: Potential consequences for coupled modelling of nuclear waste disposal and geothermal energy development // Tunnelling and Underground Space Technology. 2020. Vol. 99. № 103379. DOI: 10.1016/j.tust.2020.103379
  25. Barton N. Shear strength criteria for rock, rock joints, rockfill and rock masses: Problems and some solutions // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2013. Vol. 5. Iss. 4. P. 249-261. DOI: 10.1016/j.jrmge.2013.05.008
  26. Еременко В.А., Айнбиндер И.И., Марысюк В.П., Наговицин Ю.С. Разработка инструкции по выбору типа и параметров крепи выработок рудников Талнаха на основе количественной оценки состояния массива горных пород // Горный журнал. 2018. № 10. С. 101-106. DOI: 17580/gzh.2018.10.18
  27. Шапошник Ю.Н., Усков В.А. Определение качественной характеристики (RQD) и рейтинга (RMR) рудного массива в подземных выработках шахты «Скалистая» // XIII Международный научный конгресс и выставка «Интерэкспо ГЕО-Сибирь», 19-21 апреля 2017 г., Новосибирск, Россия. Интерэкспо ГЕО-Сибирь, 2017. Т. 2. № 2. C. 99-107.
  28. Протосеня А.Г., Вербило П.Э. Изучение прочности на сжатие трещиноватого горного массива // Записки Горного института. 2017. Т. 223. С. 51-57. DOI: 10.18454/PMI.2017.1.51
  29. Андерсон Е.Б., Савоненков В.Г., Любцева Е.Ф. и др. Результаты поисковых и научно-исследовательских работ по выбору площадок для подземной изоляции ВАО и ОЯТ на Нижнеканском массиве гранитоидов (Южно-Енисейский кряж) // Труды Радиевого института им. В.Г.Хлопина. 2006. Т. ХI. С. 8-64.
  30. Коваленко А.А., Захаров Н.Е., Пуль Э.К., Золотин В.Г. Геомеханические аспекты разработки кимберлитового месторождения трубки «Интернациональная» // Горный журнал. 2019. № 2. C. 27-31. DOI: 10.17580/gzh.2019.02.05
  31. Yong Ye, Liang Chen, Jian Liu. Study on Rock Mass Classification Methods Used in the Geological Disposal of High-level Radioactive Waste // 11th Conference of Asian Rock Mechanics Society, 21-25 October 2021, Beijing, China. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2021. Vol. 861. № 4. № 042118. DOI: 10.1088/1755-1315/861/4/042118
  32. Кочкин Б.Т., Мальковский В.И., Юдинцев С.В. Научные основы оценки безопасности геологической изоляции долгоживущих радиоактивных отходов (Енисейский проект). М.: ИГЕМ РАН, 2017. 384 с.
  33. Акматов Д.Ж., Маневич А.И., Татаринов В.Н., Шевчук Р.В. Трехмерная структурно-тектоническая модель Енисейского участка (Нижнеканский массив) // Горный журнал. 2023. № 1. С. 69-74. DOI: 10.17580/gzh.2023.01.11
  34. Кочкин Б.Т. Задачи изучения геологической среды участка Енисейский на текущем этапе реализации проекта захоронения // Радиоактивные отходы. 2019. № 2 (7). С. 76-91. DOI: 25283/2587-9707-2019-2‑76‑91
  35. Морозов О.А., Расторгуев А.В., Неуважаев Г.Д. Оценка состояния геологической среды участка Енисейский (Красноярский край) // Радиоактивные отходы. 2019. № 4 (9). С. 46-62. DOI: 10.25283/2587-9707-2019-4-46-62
  36. Тарасов Б.Г. Веерный механизм динамических трещин сдвига как источник парадоксов прочности и хрупкости горных пород // Горный журнал. 2020. № 1. С. 18-23. DOI: 17580/gzh.2020.01.03
  37. Бирючев И.В., Макаров А.Б., Усов А.А. Геомеханическая модель рудника. Часть Создание // Горный журнал. 2020. № 1. С. 42-48. DOI: 10.17580/gzh.2020.01.08
  38. Abdulla H. Al Nuaimi, Williams L.G. Sensitivity study of risk to future generations from geological disposal of radioactive waste in high strength rock in the UAE // Journal of Radiation Research and Applied Sciences. 2022. Vol. 15. Iss. 3. P. 218-231. DOI: 10.1016/j.jrras.2022.06.013
  39. Gunzburger Y., Magnenet V. Stress inversion and basement-cover stress transmission across weak layers in the Paris basin, France // Tectonophysics. 2014. Vol. 617. P. 44-57. DOI: 10.1016/j.tecto.2014.01.016
  40. Леонтьев А.В., Рубцова Е.В., Скулкин А.А. К оценке напряженно-деформированного состояния породного массива Нижнеканского региона // XVI Международный научный конгресс и выставка «Интерэкспо ГЕО-Сибирь», 18 июня – 8 июля 2020 г., Новосибирск, Россия. Интерэкспо ГЕО-Сибирь, 2020. Т. 2. С. 109-116. DOI: 10.33764/2618-981X-2020-2-109-116
  41. Еременко В.А., Винников В.А., Косырева М.А., Лагутин Д.В. Определение параметров залегания трещин в породном массиве на основе оптической съемки скважин и интервального геотехнического документирования неориентированных кернов // Горный журнал. 2022. № 1. C. 21-26. DOI: 10.17580/gzh.2022.01.04
  42. Xuechao Wu, Gang Liu, Zhengping Weng et al. Constructing 3D geological models based on large-scale geological maps // Open Geosciences. 2021. Vol. 13. Iss. P. 851-866. DOI: 10.1515/geo-2020-0270
  43. Бирючев И.В., Макаров А.Б., Усов А.А. Геомеханическая модель рудника. Часть 2. Использование // Горный журнал. 2020. № 2. С. 35-44. DOI: 10.17580/gzh.2020.02.04
  44. Курцев Б.В., Федотов Г.С. Геомеханическое сопровождение горных работ с использованием ГГИС Micromine // Горный журнал. 2022. № 1. C. 45-50. DOI: 10.17580/gzh.2022.01.08

Похожие статьи

Комплексная оценка деформирования системы жесткой армировки при конвергенции крепи шахтного ствола в неустойчивых породах
2024 В. В. Тарасов, В. Н. Аптуков, О. В. Иванов
Скоростное строение земной коры и верхней мантии Печенгского рудного района и сопредельных территорий в северо-западной части Лапландско-Кольского орогена методом функций приемника
2024 А. Г. Гоев
Оптимизация удельных энергозатрат на дробление горных пород взрывом на месторождениях со сложным геологическим строением
2024 Ю. И. Виноградов, С. В. Хохлов, Р. Р. Зигангиров, А. А. Мифтахов, Ю. И. Суворов
Технология ликвидации поглощений сшивающимся тампонажным материалом на основе цемента и сшитого полимера
2024 А. А. Предеин, О. В. Гаршина, А. А. Мелехин
Направления технологического развития алюминиевых электролизеров
2024 Е. С. Горланов, Л. И. Леонтьев
Распределение радиационных дефектов по глубине в облученных алмазах: данные конфокальной микроспектроскопии
2024 Р. М. Ардалкар, Й. Д. Салунхе, М. П. Гаонкар, С. Н. Мане, О. А. Гаисас, Ш. Н. Десаи, А. В. Р. Редди