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 увеличением мощности пластичного прослойка и его влажности повышается величина продольных деформаций образца при одновременном снижении прочности.
Результаты исследования влияния мощности глинистого прослойка и его влажности на предел прочности на одноосное сжатие составных образцов приведен на Рис.
Зависимость предела прочности образцов от мощности глинистого слоя при естественной влажности и содержании глины в образце до 15% носит характер близкий к линейному. При этом интенсивное снижение прочности модели отмечается при толщине глинистого прослоя более 3 мм (
0,05; 
– толщина глинистого прослоя, h – высота составного образца). При толщине глинистого прослоя 13 мм (0,18) предел прочности 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 (0,016), а при =13мм (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.
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 -механические свойства соляных пород Верхнекамского калийного месторождения: учеб. пособие / , ,
. − Пермь: Изд-во ПГТУ, 2008. − 198 с.
