Влияние рассолов на механические свойства соляных пород

© В.А. Асанов, А.В. Евсеев, 2010

УДК 553.63

В.А. Асанов, А.В. Евсеев

ВЛИЯНИЕ РАССОЛОВ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОЛЯНЫХ ПОРОД

Дана оценка степени снижения несущей способности междукамерных целиков, обуславливающей интенсивность развития процессов оседания земной поверхности. Ключевые слова: сильвинитовые и карналлитовые образцы, деформация, скорость ползучести.

~В связи с аварийным затоплением Первого Березниковского калийного рудника, ведущим горные работы под территорией городской застройки, особенно актуальным встал вопрос по оценке степени снижения несущей способности междукамерных целиков, обуславливающей интенсивность развития процессов оседания земной поверхности.

Оценка степени влияния насыщенных рассолов на прочностные свойства соляных пород была выполнена в лабораторных условиях. Для эксперимента было изготовлено две партии сильвини-товых образцов, различающихся степенью неоднородности, и партия карнал-литовых образцов. Каждая партия разделялась на группы по 6-10 образцов -близнецов. Сильвинитовые образцы выдерживались в насыщенном по NaCl и KCl рассоле, а карналлитовые образцы замачивались в насыщенном рассоле солей NaCl и MgCl2. Влажные образцы испытывались на одноосное сжатие через различные промежутки времени. Для сравнения по одной группе образцы была испытаны в естественном состоянии без увлажнения.

Семинар № 3

Результаты исследований показали, что естественная влажность соляных пород составляет 0,07 - 0,15 %, что обусловлено их незначительной пористостью [1]. Изменение влажности сильви-нитовых образцов до 0,46 - 1,16 % происходит в течение первых 40 дней, дальнейшего увеличения влажности образцов не наблюдается, а влажность на контуре образца и в его середине к этому моменту времени принимает одинаковое значение. Карналлитовые породы характеризуются значительным разбросом влажности для образцов одной партии. Увлажнение до 0,37 % происходит в течение первых суток и в дальнейшем не изменяется.

Анализ результатов испытаний

сильвинитовых образцов первой партии показал, что с увеличением срока выдержки образцов в рассоле средние по группам значения разрушающей нагрузки изменяются в пределах разброса данных. Вместе с тем, коэффициент вариации предела прочности с увеличением срока увлажнения возрастает в 2,7 раза (рис. 1, а). Это обусловлено разбросом степени дефектности исходного материала. С увеличением степени нарушенности образ-

цов возрастает их влажность. Анализ результатов частных определений влажности и прочности для образцов после 60 суток замачивания показал, что между этими параметрами существует тесная корреляционная связь. При изменении влажности образцов от 0,62 % до 1,16 % предел прочности

при сжатии изменяется от 43 МПа до 20 МПа.

Анализ испытаний образцов второй партии (более однородных по структуре) показал, что с увеличением срока выдержки образцов в рассоле среднее значение предела прочности увеличивается по сравнению с соответствующим показателем для сухих образцов на 13 %.

I, сут

10 20 30 40 50 60 70 80 90 I, сут.

а

б

Рис. 1. Изменения прочности сильвинитовых (а) и карналлитовых (б) образцов от времени

их нахождения в рассоле

Ъ. fut

ол

4.6

АО t срт

Рис. 2. График изменения разрушающей деформации (1) и модуля деформирования (2) сильвинитовых образцов от времени

X

%

£

время испытания, сут

Рис. 3. Графики релаксации напряжений для образцов сильвинита при различном времени увлажнения

Испытания карналлита показали, что предел прочности при воздействии насыщенных рассолов увеличивается. Разрушающая нагрузка образцов, поме-

щенных на 90 суток в рассол, увеличился с 7,02 МПа до 12,36 МПа (рис. 1, б).

Анализ деформационных параметров показал, что длительное воздействие

рассолов на сильвинитовые образцы увеличивает относительную продольную деформацию, соответствующую пределу прочности (разрушающую деформацию), которая увеличивается в среднем на 34 % (рис. 2). Для карналлита увеличение разрушающей деформации составляет 20 %. Секущий модуль деформации для сильвинита с увеличением времени воздействия рассола на образец, уменьшается.

Наиболее важным показателем, характеризующим долговременную устойчивость целиков, является показатель длительной прочности. Исследования длительной прочности соляных пород производилось ускоренным ползучерелаксационным методом [2, 3, 4]. Как показали проведенные эксперименты, для соляных пород предел длительной прочности при воздействии на них насыщенных рассолов практически не изменяется.

Для сильвинитовых образцов в начальный период увлажнения наблюдается увеличение скорости ползучести. Этот факт подтверждается натурными наблюдениями за процессами оседания

1. Проскуряков Н.М., Пермяков Р.С., Черников А.К. Физико-механические свойства соляных пород. - Л.: Недра, 1973.

2. А.с. 161133 СССР. Способ определения длительной прочности мерзлых грунтов и т.п. пластично-вязких материалов. /Авт. изоб. С.С. Вялов, 1964.

3. Пушкарев В.И., Афанасьев Б.Г. Ускоренный метод определения предела длительной прочности слабых горных пород. -ФТПРПИ, 1973. - № 5.

кровли камер после проведения в них гидрозакладочных работ [5]. Кривые релаксации напряжений также зависят от времени воздействия рассолов на образцы. Наименьшая скорость релаксации наблюдается у сухих образцов. С увеличением срока выдержки образцов в рассоле происходит сначала увеличение скорости релаксации, а затем ее уменьшение (рис. 3).

Таким образом, насыщенные рассолы оказывают влияние на параметры деформирования соляных пород под нагрузкой. На предел прочности сильви-нитовых пород существенное влияние оказывает степень дефектности образцов. При увлажнении нарушенных образцов насыщенными рассолами происходит снижение их прочности (до 25 %). Это связано с уменьшением трения по плоскостям трещин, что вызывает снижение механической прочности пород и увеличение деформаций. При длительном воздействии насыщенных рассолов на соляные образцы с незначительной степенью нарушенности, наблюдается увеличение прочностных показателей за счет «залечивания» дефектов.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

4. Паньков И.Л. Определение предела длительной прочности соляных пород ускоренным методом//Мат. науч. сессии Горного института УрО РАН, Пермь, 2006. - С. 92-94.

5. Указания по защите рудников от затопления и охране подрабатываемых объектов в условиях Верхнекамского месторождения калийных солей (технологический регламент), СПб, 2004. ЕШ

— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------

Асанов В.А. - доктор технических наук, профессор, зав. лабораторией физических процессов освоения георесурсов Горного института УрО РАН, г. Пермь, ava@mi-perm.ru

Евсеев А.В. - Горный институт УрО РАН, г. Пермь, ava@mi-perm.ru