Евгений Ростиславович Ковальский – кандидат технических наук, доцент кафедры разработки месторождений подземным способом
г. Санкт-Петербург
Scopus ID 57189600737
ResearcherID E-2477-2014
SPIN-код 8295-5373
Eugene R. Kovalsky – Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department of Underground Mining
Saint Petersburg
Scopus ID 57189600737
ResearcherID E-2477-2014
SPIN 8295-5373
Чейнеш Буяновна Конгар-Сюрюн – аспирант кафедры разработки месторождений подземным способом
г. Санкт-Петербург
Scopus ID 57212406315
SPIN-код 2461-3893
Cheynesh B. Kongar-Syuryun – PhD Student of the Department of Underground Mining
Saint Petersburg
Scopus ID 57212406315
SPIN 2461-3893
Mining potash deposits at great depths is associated with increasing extraction losses. Conventional room-and-pillar mining systems that leave barrier pillars between panels prevent their subsequent recovery because of progressive stress accumulation and deterioration of excavation stability, which necessitates the development of new technological solutions. This study proposes and substantiates a mining approach for gently dipping potash seams at great depths aimed at reducing ore losses through secondary recovery of barrier pillars between panels while controlling the rock mass stress state by backfilling. The study was conducted using finite element modeling with a Mohr–Coulomb elastoplastic constitutive model. The model was calibrated against field measurements of roof subsidence for mining conditions at a depth of 1100 m. The influence of extraction thickness, chamber filling ratio, and deformation properties of backfill materials (dry fill, hydraulic fill, and cemented backfill) on the stress state of the barrier pillar was evaluated. The results show that in the absence of backfilling, stresses in the barrier pillar at the stage of ground movement stabilization exceed the geostatic stress level by more than six times, which precludes its subsequent extraction. An empirical relationship between the stress concentration factor and the properties of the backfill mass was derived, enabling the prediction of safe mining conditions. A configuration of inter-chamber pillars with variable width, increasing from the center toward the periphery, is proposed to achieve a more uniform load distribution. A method was developed for calculating the width of first-stage pillars, ensuring that the factor of safety remains above the regulatory threshold (>1). Simultaneous mining and backfilling operations limit stress buildup in the barrier pillar. This creates conditions for the safe recovery of the pillar using second-stage chambers. The proposed technology enables additional recovery of mineable reserves, does not require major modifications to the existing development layout, and allows mining waste to be used as backfill material.
Разработка калийных месторождений на больших глубинах сопровождается ростом эксплуатационных потерь полезного ископаемого. Традиционные камерные системы с оставлением опорных целиков не позволяют в дальнейшем извлекать эти запасы из-за прогрессирующего роста напряжений и потери устойчивости выработок, что определяет необходимость поиска новых технологических решений. Исследование ставит перед собой цель – обоснование параметров технологии выемки пологих калийных пластов на больших глубинах, обеспечивающей снижение потерь руды за счет доизвлечения опорных межучастковых целиков при управлении напряженным состоянием массива с помощью закладки. Исследование выполнено на основе моделирования методом конечных элементов с использованием упруго-пластической модели Мора–Кулона. Модель откалибрована по натурным данным оседания кровли для условий глубины 1100 м. Оценено влияние вынимаемой мощности, степени заполнения камер и деформационных свойств закладочного материала (сухая, гидравлическая, твердеющая закладка) на напряженное состояние опорного целика. Установлено, что при отсутствии закладки напряжения в опорном целике к моменту стабилизации сдвижений превышают геостатический уровень более чем в 6 раз, что исключает его последующую отработку. Получена эмпирическая зависимость коэффициента концентрации напряжений от параметров закладочного массива, позволяющая прогнозировать условия безопасности ведения горных работ. Предложена конфигурация междукамерных целиков переменной ширины (увеличивающейся от центра к периферии), обеспечивающая равномерное распределение нагрузок. Разработан способ расчета ширины целиков первой очереди, при котором коэффициент запаса прочности сохраняется выше нормативного значения (>1). Одновременное ведение очистных и закладочных работ позволяет ограничить рост опасных напряжений в опорном целике, что создает условия для безопасной выемки целика камерами второй очереди. Предлагаемая технология обеспечивает дополнительное извлечение балансовых запасов, не требует коренной перестройки подготовительных выработок и способствует утилизации техногенных отходов.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.