А.В. ЕВСЕЕВ

А.В. ЕВСЕЕВ
ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ГЛИНЫ НА
ПРОЧНОСТЬ СОЛЯНЫХ ПОРОД
Для обеспечения сохранности водозащитной толщи на Верхнекамском
месторождении при отработке запасов применяется камерная система разработки с
поддержанием кровли на «жестких» целиках. Содержащиеся в продуктивной толще
слои глины уменьшают сцепление между зернами, вызывая снижение несущей
способности междукамерных целиков. Таким образом, исследование роли глинистого
материала в устойчивости целиков играет важное значение в обеспечении безопасных
условий ведения горных работ и охране рудников от затопления.
В настоящее время влияние глинистых прослоек учитывается согласно
«Указаниями по защите рудников от затопления…» [1] введением поправочного
коэффициента kc. При этом основным параметром, определяющим снижение несущей
способности целиков, является относительная суммарная мощность глинистых прослоек.
Вместе с тем, экспериментальные исследования показали [2], что несущая способность
целиков зависит не только от относительного содержания глинистых прослоев, но и от их
пространственного расположения по высоте целика. Маточные рассолы, конденсат,
образующийся в горных выработках в теплое время года, а так же рассолы
гидрозакладочных работ могут приводить к увеличению влажности глинистого
материала, что так же не учитывается в действующих нормативных документах.
В ходе анализа геологической информации установлено, что наибольшее количество
глинистого материала сосредоточено в кровле продуктивных пластов. Мощность слоя глины
может достигать 15-20 см. Следует отметить, что в кровле пластов залегают не только
одиночные мощные слои глины, но и множество тонких глинисто-соляных слоёв, имеющих
низкую прочность. Мощность слабой пачки может достигать 0,5-0,7 м.
Лабораторные исследования влияния глины на прочность соляных пород
выполнялись
на составных
образцах
кубической
формы с
размерами
60х60х60 мм, в торцевой части которых находился слой глинистого материала. Мощность
глинистого материала выбиралась таким образом, чтобы составная модель была
геометрически подобна междукамерному целику при наличии в верхней его части глинистого
прослоя. При мощности пласта 3м и отработке одного коржа, толщина глинистого материала
в кровле может составлять 20 см. Это – 0,7% вынимаемой мощности. Учитывая, что породы
кровли имеют слабую устойчивость и способны к обрушению после проходки очистных
камер, обнажаемый «слабый» слой может достигать 20% вынимаемой мощности. Исходя из
вышесказанного, толщина глинистого прослоя в физической модели изменялась от 1 до 17мм.
В ходе эксперимента влажность глинистого прослоя варьировалась от 6% до 12%.
Испытание образцов с глинистым прослойком на одноосное сжатие выполнялось
на жестком электромеханическом прессе Zwick-250 с предельной нагрузкой 25т. Для
обеспечения контактных условий подобных натурным между стальными плитами пресса
и испытываемым образцом помещались соляные пластины. Для исключения их
разрушения они закреплялись в металлических оправках.
В ходе исследования установлено, что при наличии в составном образце глинистого
материала, разрушение сильвинитовой части составного образца начинается в месте контакта
глина-сильвинит с образованием системы вертикальных трещин. В местах контакта
глинистого прослойка с сильвинитовой частью образца происходило образование локальных
выколов и выдавливание глинистого материала. С увеличением мощности глинистой
прослойки все процессы выдавливания пластичного материала проявлялись более выражено.
Анализ диаграмм деформирования составных образцов показывает, что
влажность и мощность глинистого прослоя оказывают существенное влияние, как на
предел прочности составных образцов, так и на их деформационные свойства. С
79
увеличением
мощности
пластичного прослойка и его
влажности повышается величина
продольных деформаций образца
20
при одновременном снижении
прочности.
Результаты
исследования
16
влияния
мощности
глинистого
прослойка и его влажности на предел
прочности на одноосное сжатие
12
составных образцов приведен на Рис.
Зависимость
предела
прочности образцов от мощности
8
глинистого слоя при естественной
влажности и содержании глины в
образце до 15% носит характер
4
h /h
близкий к линейному. При этом
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
интенсивное снижение прочности
модели отмечается при толщине
- Образцы с естественной влажностью глины
глинистого прослоя более 3 мм
- Образцы с повышенной влажностью глины
- Кривая, расчитанная согласно "Указаниям по защите..."[1]
( hг / h  0,05;
– толщина
hг
глинистого прослоя, h – высота
составного образца). При толщине
Рис. Зависимость предела прочности
глинистого
прослоя
13
мм
модели от отношения толщины
( hг / h  0,18) предел прочности
глинистого прослоя к высоте образца
модели уменьшается почти в 2 раза.
Как уже отмечалось, увеличение влажности глинистого прослоя обуславливает
дополнительное снижение прочности модельных образцов. В этом случае уменьшение
предела прочности проявляется уже при толщине глинистого прослоя более 1мм
( hг / h  0,016), а при hг =13мм ( hг / h  0,17) снижение достигает 3 раз.
Анализ результатов исследований показал, что при большой мощности и
значительном увлажнении глинистых прослоев снижение несущей способности
междукамерных целиков может быть в 1,5 2,0 раза выше, чем рассчитанное по
существующим нормативным документам [1]. Таким образом, в работе показано, что
используемая в настоящее время методика расчета несущей способности целиков требует
корректировки в части учета мощности, влажности и местоположения глинистого материала.
Полученные количественные оценки использованы в качестве параметрического обеспечения
при математическом моделировании напряженно-деформированного состояния слоистых
соляных междукамерных целиков в расчетах степени их нагружения.
сж, МПа
г
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Указания по защите рудников от затопления и охране подрабатываемых
объектов в условиях Верхнекамского месторождения калийных солей : технолог.
регламент / ВНИИГ. – СПб., 2008. – 88 c.
2. Барях А.А. Физико-механические свойства соляных пород Верхнекамского
калийного месторождения: учеб. пособие / А.А. Барях, В.А. Асанов,
И.Л. Паньков. − Пермь: Изд-во ПГТУ, 2008. − 198 с.
80