Записки горного института, 2019, № 6

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ 

http://www.spmi.ru 

анкт-Петербургский горный университет - первое в России 
высшее техническое учебное заведение, основанное 
Указом императрицы Екатерины 11 21 октября (1 ноября)

1773 года как воплощение идей Петра I и М .В. Ломоносова о подготовке 
инженерных кадров для развития горно-заводского дела. 

В настоящее время в Горном университете обучается более 8 тысяч 
студентов, ведется подготовка бакалавров, магистров и специалистов 
(инженеров) на 7 факультетах: 

• горном;
• геологоразведочном;
• нефтегазовом;
• переработки минерального сырья;
• строительном;
• электромеханическом;
• экономическом.
Более 90 о/о профессорско-преподавательского состава университета
имеет ученые степени и звания. 

Горный музей-хранитель уникальных коллекций, в котором находится 
более 250 тысяч экспонатов, собранных со всех континентов и более 
чем из 80 стран мира. 
Книжно-журнальное собрание Главной библиотеки университета насчитывает около полутора миллионов изданий, имеет большое научно-историческое значение. 
Горный университет имеет высший государственный статус образовательной системы России, являясь особо ценным объектом культурного 
наследия народов Российской Федерации, имеет категорию «Национальный исследовательский университет», награжден четырьмя правительственными наградами, входит в ведущие международные рейтинги мировых университетов (19-е место в рейтинге QS Wor1d University 
Rankings Ьу Subject 2019 по направлению «Инженерное дело - добыча 
полезных ископаемых и горная промышленность»). 

-
/С 

· 1 I 

J ' 
/ -1 

 

рецензируемый 
научный журнал 

ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
В.С.Литвиненко, д-р техн. наук, профессор, академик Международной академии наук высшей школы, РАЕН, РАГН, МАНЭБ, ректор  
(Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) 
 
ЗАМЕСТИТЕЛЬ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА  
В.Л.Трушко, д-р техн. наук, профессор, академик Международной академии наук высшей школы, РАЕН, РАГН, МАНЭБ,  зав. кафедрой механики 
(Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)  

РЕДАКЦ ИОННАЯ КОЛЛЕ ГИЯ 

О.Е.Аксютин, д-р техн. наук, чл.-кор. РАН, член правления, начальник департамента (ПАО «Газпром», Москва, Россия) 
А.А.Барях, д-р техн. наук, профессор, академик РАН, директор (Пермский федеральный исследовательский центр УрО РАН, Пермь, Россия) 
В.Н.Бричкин, д-р техн. наук, зав. кафедрой металлургии (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) 
Л.А.Вайсберг, д-р техн. наук, профессор, академик РАН, председатель Совета директоров и научный руководитель (НПК «Механобр-техника», Санкт-Петербург, Россия) 
С.Г.Гендлер, д-р техн. наук, профессор, академик РАЕН (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) 
О.М.Ермилов, д-р техн. наук, профессор, академик РАН, РАГН, зам. главного инженера по науке (ООО «Газпром добыча Надым» ПАО «Газпром», Надым, Россия) 
В.П.Зубов, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой разработки месторождений полезных ископаемых (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)
М.А.Иванов, д-р геол.-минерал. наук, профессор (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) 
Г.Б.Клейнер, д-р экон. наук, профессор, чл.-кор. РАН, заместитель директора (Центральный экономико-математический институт РАН, Москва, Россия) 
Ю.Б.Марин, д-р геол.-минерал. наук, профессор, чл.-кор. РАН, президент (ООО «Российское минералогическое общество», Санкт-Петербург, Россия) 
С.С.Набойченко, д-р техн. наук, профессор, чл.-кор. РАН, заслуженный деятель науки и техники РФ, зав. кафедрой металлургии цветных металлов  
(Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия) 
М.А.Пашкевич, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой геоэкологии (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)  
Т.В.Пономаренко, д-р экон. наук, профессор, доцент (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) 
О.М.Прищепа, д-р геол.-минерал. наук, академик РАЕН, управляющий директор (АО «ВНИГРИ», Санкт-Петербург, Россия) 
А.Г.Протосеня, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой строительства горных предприятий и подземных сооружений (Санкт-Петербургский горный университет, 
Санкт-Петербург, Россия) 
М.К.Рогачев, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений (Санкт-Петербургский горный университет, 
Санкт-Петербург, Россия) 
В.Е.Сомов, д-р экон. наук, канд. техн. наук, академик РАЕН, директор (ООО «Кинеф», Кириши, Россия) 
А.Г.Сырков, д-р техн. наук, профессор (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) 
А.А.Тронин, д-р геол.-минерал. наук, врио директора (Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности РАН, Санкт-Петербург, Россия) 
А.Е.Череповицын, д-р экон. наук, профессор, зав. кафедрой организации и управления (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) 
Я.Э.Шклярский, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой общей электротехники (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) 
В.А.Шпенст, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой электроэнергетики и электромеханики (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) 
Олег Анцуткин, профессор (Технологический университет, Лулео, Швеция) 
Хал Гургенчи, профессор (Школа горного машиностроения Квинслендского университета, Брисбен, Австралия) 
Анджей Краславски, профессор (Лаппеенрантский технологический университет, Лаппеенранта, Финляндия) 
Эдвин Кроке, д-р наук, профессор (Институт неорганической химии Фрайбергской горной академии, Фрайберг, Германия) 
Павел Власак, профессор, зав. кафедрой механики жидкостей и дисперсных сред (Институт гидродинамики Чешской академии наук, Прага, Чехия) 
Габриэль Вейсс, д-р наук, профессор, проректор по научной и исследовательской деятельности (Технический университет, Кошице, Словакия) 
 

Журнал индексируется Scopus, Web of Science Core Collection (ESCI), DOAJ

 

Журнал включен в базу данных РИНЦ  Научной электронной библиотеки http://elibrary.ru 

и в международную реферативную базу данных GeoRef 

 

Журнал включен Высшей аттестационной комиссией РФ в действующий Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, 

 в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук 

 

Разделы

•Геология    •Горное дело    • Нефтегазовое дело    • Металлургия и обогащение    • Электромеханика и машиностроение 

•Геоэкология и безопасность жизнедеятельности    •Геоэкономика и менеджмент  

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ • 2019 

У ч р е д и т е л ь  С а н к т - П е т е р б у р г с к и й  г о р н ы й  у н и в е р с и т е т

Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-70453 от 20.07.2017
Лицензия ИД № 06517 от 09.01.02

Редакция:  начальник РИЦ В.Л.Лебедев;  редакторы:  Е.С.Дрибинская,  Н.И.Сочивко, М.Г.Хачирова 

Компьютерная верстка:  В.И.Каширина,  Н.Н.Седых 

 

Издаются
с 1907 года 

ISSN 2411-3336

е-ISSN 2541-9404 

Подписной индекс в каталоге агентства

«Роспечать» 18067 

Адрес учредителя и редакции: 21-я линия, 2, Санкт-Петербург, Россия, 199106 
Тел. +7 (812) 328-8416;        факс +7 (812) 327-7359;  
Е-mail: pmi@spmi.ru              Сайт журнала: pmi.spmi.ru 

 Санкт-Петербургский горный университет, 2019 

Подписано к печати 24.12.2019. Формат 60  84/8. Уч.-изд.л. 30. 
Тираж 300 экз. Заказ 1103. С 341. Отпечатано в РИЦ СПГУ. 
Цена свободная. 

 

 

Содержание
 

612

Записки Горного института. 2019. Т. 240. С. 612 

СОДЕРЖАНИЕ  

 

Горное дело 

 

Барях А.А., Губанова Е.А. О мерах охраны калийных рудников от затопления .....................    613 

Жабин А.Б., Поляков А.В., Аверин Е.А., Линник Ю.Н., Линник В.Ю. Оценка влияния абра-

зивности горных пород на параметры породоразрушающих машин .................................................    621 

Карасев М.А., Буслова М.А., Вильнер М.А., Нгуен Т.Т. Методика прогноза напряженно-

деформированного состояния крепи вертикального ствола на участке сопряжения с горизонтальной 
выработкой в соляных породах...........................................................................................    628 

Макаров В.Н., Угольников А.В., Макаров Н.В. Оптимизация геометрических параметров 

гидровихревого инерционного стратификатора Вентури .................................................................    638 

Чемезов Е.Н. Принципы обеспечения безопасности горных работ при добыче угля ........    649 

Шахрай С.Г., Курчин Г.С., Сорокин А.Г. Новые технические решения по проветрива-

нию глубоких карьеров......................................................................................................................    654 

 

Электромеханика и машиностроение 

 

Бааке Э., Шпенст В.А. Последние научные исследования в сфере электротермической ме-

таллургической обработки..................................................................................................................    660 

Любомудров С.А., Хрусталева И.Н., Толстолес А.А., Маслаков А.П. Повышение эф-

фективности технологической подготовки единичного и мелкосерийного производства на 
основе имитационного моделирования ...........................................................................................    669 

Терешкин В.М., Гришин Д.А., Макулов И.А. Установка для экспериментальных иссле-

дований многофазных электромеханических систем ......................................................................    678 

 

Нефтегазовое дело 

 

Ильюшин Ю.В., Афанасьева О.В. Разработка Scada-модели насосно-компрессорной стан-

ции магистрального газопровода .......................................................................................................    686 

Лягов И.А., Балденко Ф.Д., Лягов А.В., Ямалиев В.У., Лягова А.А. Методология расчета 

технической эффективности силовых секций малогабаритных винтовых забойных двигателей 
для системы «Перфобур» ..................................................................................................................    694 

Нескоромных В.В., Попова М.С. Разработка методики управления процессом бурения 

на основе комплексного анализа критериев.....................................................................................    701 

Рогачев М.К., Мухаметшин В.В., Кулешова Л.С. Повышение эффективности использо-

вания ресурсной базы жидких углеводородов в юрских отложениях Западной Сибири..............    711 

 

Геоэкономика и менеджмент 

 

Березиков С.А. Структурные изменения и инновационное развитие экономики Арктиче-

ских регионов России ........................................................................................................................    716 

Пономаренко Т.В., Хан-Цай Е.А., Чанцалма Бавуу. Комплексные горные проекты на 

малоосвоенных территориях России: обоснование параметров реализации...............................    724 

Череповицын А.Е., Ильинова А.А., Евсеева О.О. Управление стейкхолдерами проектов 

секвестрации углекислого газа в системе государство – бизнес – общество ..............................    731 

 

 

 

A.А.Барях, E.А.Губанова 
DOI: 10.31897/PMI.2019.6.613 

О мерах охраны калийных рудников от затопления  

613

Записки Горного института. 2019. Т. 240. С. 613-620 ● Горное дело 

УДК 622.83 

 

О мерах охраны калийных рудников от затопления 

 

A.А.БАРЯХ1, E.А.ГУБАНОВА2 
1 Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения РАН, Пермь, Россия 
2 Горный институт Уральского отделения РАН, Пермь, Россия 

 
Разработка месторождений водорастворимых руд связана с необходимостью обеспечения сохранности 

водозащитной толщи (ВЗТ), отделяющей водоносные горизонты от выработанного пространства рудника. 
Одним из индикаторов уровня техногенной нагрузки на пласты ВЗТ являются оседания земной поверхности, 
определяющие характер формирования мульды сдвижения земной поверхности. Наибольшую опасность нарушения 
сплошности водозащитной толщи составляют участки, расположенные в краевых частях мульды 
сдвижения.  

Применительно к условиям Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей методами мате-

матического моделирования показано, что в качестве индикаторов опасности сквозного разрушения водозащитной 
толщи могут быть приняты следующие параметры мульды сдвижения: длина краевой части, нормированная 
на глубину горных работ, и максимальные оседания земной поверхности. Критическое сочетание 
этих показателей обуславливает нарушение сплошности краевой части водозащитной толщи. Данные параметры 
мульды сдвижения легко контролируются инструментальными методами и могут быть включены в 
основу общей системы мониторинга состояния водозащитной толщи на калийных рудниках. 

В целях обеспечения защиты рудника от прорыва пресных вод необходимым является создание в крае-

вых частях выработанного пространства у постоянно или временно остановленных границ горных работ зон 
смягчения. Рассмотрены различные варианты формирования зон смягчения. Численными экспериментами 
установлено, что наиболее эффективным способом обеспечения сохранности водозащитной толщи является 
создание зон смягчения путем закладки очистных камер нижнего отрабатываемого пласта или исключением 
его из отработки.  

 
Ключевые слова: математическое моделирование; разрушение; водозащитная толща; мульда сдвиже-

ния; оседания; зона смягчения 

 
Благодарность. Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ 19-77-30008.  
 
Как цитировать эту статью: Барях A.А. О мерах охраны калийных рудников от затопления / 

A.А.Барях, E.А.Губанова // Записки Горного института. 2019. Т. 240. С. 613-620. DOI: 10.31897/PMI.2019.6.613 
 
 
Введение. Особенность разработки месторождений водорастворимых руд связана с необхо-

димостью гарантированной сохранности водозащитной толщи (ВЗТ), отделяющей водоносные 
горизонты от выработанного пространства рудника [19]. Это обеспечивается применением 
камерной системы разработки с поддержанием ВЗТ на междукамерных целиках. Одним из индикаторов 
уровня техногенной нагрузки на пласты ВЗТ являются оседания земной поверхности, 
определяющие характер формирования мульды сдвижения земной поверхности. Наиболее опасными 
по критерию нарушения сплошности ВЗТ являются участки, приуроченные к краевым частям 
мульды сдвижения [2].  

Для снижения градиента оседания у постоянных или длительно остановленных границ гор-

ных работ применяются горно-технические меры охраны в виде зон смягчения, наличие которых 
позволяет уменьшить деформацию пород ВЗТ. Формирование зон смягчения может осуществляться 
путем изменения параметров камерной системы разработки, применением закладки очистных 
камер или исключением из очистной выемки одного из рабочих пластов. Способы создания 
зон смягчения на границах горных работ за счет изменения ширины междукамерных целиков 
рассмотрены в работах [11, 13]. Эффективность применения закладки как меры защиты рудников 
от затопления рассматривалась во многих исследованиях [7, 11, 12, 18, 20, 21]. Одновременно отмечается, 
что закладка выработанного пространства отходами калийного производства позволяет 
минимизировать негативное воздействие добычи полезных ископаемых на окружающую среду 
[14, 17]. На некоторых участках возможно также создание зон смягчения за счет выемки запасов 
охранных целиков. Реализация этих мероприятий может снизить концентрацию горного давления 
и обеспечить однородный характер деформирования пластов ВЗТ [5, 6]. Вместе с тем 
актуальной задачей остается выбор для конкретных горно-геологических условий подземной 

 

 

A.А.Барях, E.А.Губанова 
DOI: 10.31897/PMI.2019.6.613 

О мерах охраны калийных рудников от затопления 

614

Записки Горного института. 2019. Т. 240. С. 613-620 ● Горное дело 

разработки наиболее эффективного 
способа и обоснованных параметров 
создания зон смягчения. Только в 
этом случае своевременное применение 
дополнительных мер охраны 
позволит результативно управлять 
горным давлением, обеспечит безопасность 
горных работ и оптимальное 
извлечение калийной руды из недр. 

Методика расчетов. Эффек-

тивность 
применения 
различных 

способов создания зон смягчения 
связана с характером деформирования 
подработанного массива, отражающегося 
в условиях формирования 
мульды сдвижения. 

Мульда сдвижения земной по-

верхности может быть определена 
следующими параметрами: длиной 

ее краевой части L, нормированной на глубину горных работ Н, и максимальными оседаниями 
земной поверхности 
max

 в зоне полной подработки (рис.1).  

Условие полной подработки продуктивных калийных пластов согласно [15] выражается от-

ношением 

4,1
/



H
D
, 
(1) 

где D  – размер выработанного пространства в рассматриваемом главном сечении мульды сдвижения.  


Значения параметра   устанавливаются в главных сечениях мульды сдвижения в соответст-

вии с выражениями:  

H
D
/
11
11 

, 
(2) 

H
D
/
12
12 

, 
(3) 

где 
11
D  – длина рассматриваемого участка в главном сечении мульды сдвижения, располагаемом 

параллельно выемочным штрекам; 
12
D  – ширина рассматриваемого участка в главном сечении 

мульды сдвижения в перпендикулярном направлении. В зоне неполной подработки (
4,1


) 

краевая часть мульды сдвижения зависит от размера выработанного пространства.  

При горизонтальном залегании отрабатываемых пластов краевая часть мульды сдвижения L 

ограничивается углом полных сдвижений  и граничным углом 0 (рис.1). Расчетная длина краевой 
части мульды сдвижения при полной подработке определяется по формуле [15] 

)
ctg
(ctg
0



 H
L
, 
(4) 

где  = 55, 0 = 50. Применительно к Верхнекамскому месторождению калийных солей 
(ВКМКС) относительная длина краевой части в зоне полной подработки L / H = 1,54.  

Величина максимального оседания земной поверхности на конец процесса сдвижения рас-

считывается по формуле 

p
m 


0
max
9,0
, 
(5) 

где 
0
m  – вынимаемая мощность при отработке пласта;  – расчетный коэффициент извлечения 

руды из недр; p – параметр, учитывающий влияние закладки выработанного пространства при 
отработке рассматриваемого пласта. Коэффициент извлечения при очистной выемке одного пласта 
определяется выражением 

 

Рис.1. Расчетная схема математического моделирования 

Y

X

L

H

АБ

КрII

– выработанное пространство 

 

 

 



 

 



max

0 


 

 

A.А.Барях, E.А.Губанова 
DOI: 10.31897/PMI.2019.6.613 

О мерах охраны калийных рудников от затопления  

615

Записки Горного института. 2019. Т. 240. С. 613-620 ● Горное дело 

l
m
S

0

0


, 
(6) 

где 
0
S  – площадь поперечного сечения очистной камеры; l – межосевое расстояние. Параметр p 

учитывает влияние закладки выработанного пространства на конечные оседания земной поверхности: 

)

1(
1
B
A
p



, 
(7) 

где A – cтепень заполнения очистных камер закладкой; B – коэффициент усадки закладочного 
массива. При отсутствии закладки 
1

p
. 

Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния ВЗТ в зависимо-

сти от длины краевой части мульды сдвижения проводилось в двухмерной упругопластической 
постановке для условий плоского деформированного состояния. Для оценки изменения состояния 
ВЗТ и всего подработанного массива во времени при ведении горных работ использовался 
реологический подход [1], основанный на разработанной модификации метода переменных 
модулей упругости [3], когда переменными модулями характеризуется деформирование не всех 
элементов геологического разреза, а лишь отработанных пластов. Определение интегральных 
реологических параметров подработанного массива производилось путем математической 
обработки фактических или прогнозных графиков нарастания оседаний земной поверхности. 

Количественная оценка степени изменения состояния ВЗТ при развитии процесса 

сдвижения базировалась на анализе потенциальной возможности формирования в массиве 
трещин субвертикальной ориентации [4]. Для анализа нарушения сплошности слоев ВЗТ в 
области сжатия использовался критерий Кулона – Мора в виде параболической огибающей [9]: 

]
)
(
2
2
)[
(
сж
сж
раст
раст
раст
раст
пр
max















n
, 
(8) 

где 
сж

 и 
раст

 – пределы прочности на сжатие и растяжение, 
n
  – нормальное напряжение в 

плоскости действия максимального касательного напряжения 
max

. В области растяжения пре-

дельное напряжение ограничивалось пределом прочности на растяжение: 

.
раст
1



 
(9)  

Прочностные характеристики пород, слагающих массив, в расчетах корректировались с 

учетом коэффициентов длительной прочности для соляных пород и структурного ослабления для 
пород надсоляной толщи. Принималось, что локализация пластических деформаций в пластах 
ВЗТ обусловлена нарушением их сплошности. Прогноз формирования зон субвертикальной 
техногенной нарушенности в пластах ВЗТ проводился с учетом фактора времени вплоть до достижения 
конечных оседаний земной поверхности. Расчеты проводились с использованием стандартной 
схемы метода конечных элементов в перемещениях [22] с дискретизацией рассматриваемой 
области на треугольные элементы первого порядка. Решение упругопластической задачи 
основывалось на методе начальных напряжений [10, 16].  

Оценка влияния длины краевой части мульды сдвижения на характер разрушения 

пород ВЗТ. Рассматривалась камерная отработка двух сильвинитовых пластов АБ и КрII со следующими 
параметрами: пласт АБ – ширина камер 3,2 м, ширина междукамерных целиков 5,8 м; 
пласт КрII – ширина камер 6,1 м, ширина целиков 2,9 м (межосевое расстояние l = 9 м). Вынимаемая 
мощность принималась равной 3,5 м (пласт КрII) и 2,4 м (пласт АБ). Глубина ведения 
горных работ составляла 320 м. Расчетная схема задачи отражена на рис.1. 

Геомеханические исследования выполнялись применительно к типовому геологическому 

разрезу для условий Верхнекамского месторождения солей [8] (рис.2). В расчетах принималось, 
что средние физико-механические свойства пластов и толщ, слагающих подработанный массив, 
являются постоянными по латерали. Состояние подработанной толщи оценивалось исходя из интенсивности 
разрушения пластов ВЗТ, выраженной в формировании зон субвертикальной техногенной 
нарушенности. Анализ напряженного состояния ВЗТ осуществлялся на момент достижения 
конечных максимальных оседаний земной поверхности.  

 

 

A.А.Барях, E.А.Губанова 
DOI: 10.31897/PMI.2019.6.613 

О мерах охраны калийных рудников от затопления 

616

Записки Горного института. 2019. Т. 240. С. 613-620 ● Горное дело 

Характер разрушения ВЗТ для условий полной 

подработки 
54
,1
/

H
L
 иллюстрируется на рис.3 и 4. 

При максимальных оседаниях земной поверхности 
(
max

= 2,2 м) развитие зоны сдвиговой трещиноватости 

по разрезу ВЗТ ограничено ее нижним интервалом 
(см. рис.3, б). Нарушенности подвержены карналлито-
вые пласты (В, Г, Д, Е, Ж, З, И) и пласты каменной соли 
в нижней части ВЗТ (Б-В, В-Г, Г-Д, Д-Е). Сохранность 
ВЗТ обеспечивается целостностью переходной пачки 
(ПП) и покровной каменной соли (ПКС), а также слоев 
межпластовой каменной соли, развитых в ее средней 
части (Е-Ж, Ж-З, З-И, И-К). Необходимость применения 
дополнительных мер охраны в данном варианте 
отсутствует. 

Увеличение максимальных оседаний земной  

поверхности однозначно характеризует повышение техногенной 
нагрузки на пласты, слагающие ВЗТ. В условиях 
полной подработки (
54
,1
/

H
L
) при конечных 

оседаниях 
max

= 3,8 м (рис.4, а) имеет место сквозное 

разрушение краевой части ВЗТ (рис.4, б), что диктует 
необходимость применения дополнительных мер ее  
охраны. 

В рамках исследования процессов разрушения под-

работанных породных толщ показано [2], что уменьшение 
относительной длины краевой части мульды сдвижения 
обуславливает снижение величины предельных 
оседаний земной поверхности, при которых происходит 
полное разрушение ВЗТ. Таким образом, длина краевой 
части мульды сдвижения является важным показателем, 
определяющим опасность нарушения сплошности 
ВЗТ и необходимость применения дополнительных мер 
ее охраны.  

Математическое моделирование состояния ВЗТ в 

зоне неполной подработки проводилось по аналогии  
с рис.3 для максимальных конечных оседаний земной 
поверхности 
max

= 2,2 м при вариации относительной 

длины краевой части мульды сдвижения. Изменение 
длины краевой части мульды сдвижения достигалось 
путем уменьшения размера выработанного пространства 
и реализации условий неполной подработки. Это при 
сохранении максимальных оседаний земной поверхности 
ведет к сокращению длины краевой части мульды 
сдвижения L (рис.5, а). В условиях неполной подработки (

22
,1
/

H
L
) все карналлитовые пласты (В, Г, Д, Е, 

Ж, З, И, К) и слои межпластовой каменной соли в нижней 
и средней части ВЗТ теряют свою целостность.  
В верхней части ВЗТ (интервал ПП и ПКС) также происходит 
потеря устойчивости каменно-соляных пластов. 
Для интервала ПП характерно появление трещин отрыва. 
Такой значительный уровень техногенного воздействия 
на подработанный массив предполагает необходимость 
принятия дополнительных мер охраны ВЗТ. 

 

Рис.2. Типовой разрез соляной толщи ВКМКС 

1 – глина; 2 – мергель; 3 – каменная соль; 

4 – карналлитовая порода; 5-7 – сильвиниты:  

5 – пестрые, 6 – красные, 7 – полосчатые 

Средняя 

мощность, м 

Толща 

Пачка 

Индекс 

пласта 

Литология 

Соляно- 

мергельная

(СМТ) 

Соляная 

Карналлитовая 
Сильвинитовая 
ПдКС 

ПП
ПКС

К

И

И-К

З

Ж

З-И

Ж-З

Е-Ж

Е

Д-Е

Д

Г-Д 

Г

В-Г

В

Б-В

Б
А

А-КрI

КрI 

КрI-КрII

КрII 

КрII-КрIIIа

КрIIIа

КрIIIа-КрIIIб

КрIIIб

КрIIIб-КрIIIв

КрIIIв

0,8

6,1

1,3
2,2
0,6
3,2

0,8

4,2

7,6

3,4

8,3

2,9

6,3

2,2

5,8

1,6
1,8
1,4
2,0
1,0
1,4

4,0

1,8

0,9
0,8
1,1
1,6
0,7
25,0

330,0

1 
2 

3 
4 
5 
6 
7 

 

 

A.А.Барях, E.А.Губанова 
DOI: 10.31897/PMI.2019.6.613 

О мерах охраны калийных рудников от затопления  

617

Записки Горного института. 2019. Т. 240. С. 613-620 ● Горное дело 

 

Рис.3. Расчетные оседания земной поверхности (а) и характер нарушения сплошности ВЗТ (б) в зоне полной подработки 

при L/H = 1,54 (мах = 2,2 м) 

, м 

L/H = 1,54 

а
б

0 

1 

2 

3 

4 

5 
АБ
КрII

АБ
КрII

Кровля ВЗТ 

ПП 

ПКС 

К

И
Ж
З 
Е Д-Е
Д Г-Д
Г В-Г
В Б-В

 – граница отработки пласта АБ 
 – граница отработки пласта КрII 

 – трещины сдвига 
 – трещины отрыва 

 – каменно-соляные пласты 
 – нетронутый массив 

Рис.4. Расчетные оседания земной поверхности (а) и характер нарушения сплошности ВЗТ (б) в зоне полной подработки 

при L/H = 1,54 (мах = 3,8 м) 

Условные обозначения см. на рис.3 

 

, м 

L/H = 1,54 

а
б

0 

1 

2 

3 

4 

5 
АБ
КрII

АБ
КрII

Кровля ВЗТ 

ПП 

ПКС 

К

И
Ж
З 
Е Д-Е
Д Г-Д
Г В-Г
В Б-В

Рис.5. Расчетные оседания земной поверхности (а) и характер нарушения сплошности ВЗТ (б) у остановленных границ 

горных работ в зоне неполной подработки при L/H = 1,22 

Условные обозначения см. на рис.3 

, м 

L/H = 1,22 

а
б

0 

1 

2 

3 

4 

5 
АБ
КрII

АБ
КрII

Кровля ВЗТ 

ПП 

ПКС 

К

И
Ж
З 
Е Д-Е
Д Г-Д
Г В-Г
В Б-В

 

 

A.А.Барях, E.А.Губанова 
DOI: 10.31897/PMI.2019.6.613 

О мерах охраны калийных рудников от затопления 

618

Записки Горного института. 2019. Т. 240. С. 613-620 ● Горное дело 

 
 

Рис.6. Расчетные оседания земной поверхности и характер формирования зон субвертикальной нарушенности при создании 
зон смягчения путем: изменения параметров камерной системы разработки (а, б); закладки выработанного пространства 

по пласту КрII (в, г); исключения из отработки пласта КрII (д, е); исключение из отработки пласта АБ (ж, з) 

, м 

L/H = 1,29 

а
б

0 

1 

2 

3 

4 

5 
АБ
КрII

АБ
КрII

Кровля ВЗТ 

ПП 

ПКС 

К

И
Ж
З 
Е Д-Е
Д Г-Д
Г В-Г
В Б-В

, м 

L/H = 1,35 

в 
г 

0 

1 

2 

3 

4 

5 
АБ
КрII

АБ
КрII

Кровля ВЗТ 

ПП 

ПКС 

К

И
Ж
З 
Е Д-Е
Д Г-Д
Г В-Г
В Б-В

, м 

L/H = 1,40

д
е

0 

1 

2 

3 

4 

5 
АБ
КрII

АБ
КрII

Кровля ВЗТ 

ПП 

ПКС 

К

И
Ж
З 
Е Д-Е
Д Г-Д
Г В-Г
В Б-В

, м 

L/H = 1,31

ж
з 

0 

1 

2 

3 

4 

5 
АБ
КрII

АБ
КрII

Кровля ВЗТ 

ПП 

ПКС 

К

И
Ж
З 
Е Д-Е
Д Г-Д
Г В-Г
В Б-В

 – кривая оседаний без зоны смягчения
 – кривая оседаний при создании зоны смягчения

 – граница отработки пласта АБ
 – граница отработки пласта КрII
 – закладка пласта КрII
 – нетронутый массив

 – зона смягчения
 – трещины сдвига
 – трещины отрыва
 – каменно-соляные пласты

 

 

A.А.Барях, E.А.Губанова 
DOI: 10.31897/PMI.2019.6.613 

О мерах охраны калийных рудников от затопления  

619

Записки Горного института. 2019. Т. 240. С. 613-620 ● Горное дело 

Таким образом, увеличение оседаний земной поверхности и уменьшение длины краевой 

части мульды сдвижения являются индикаторами опасности нарушения сплошности ВЗТ. При 
определенном сочетании этих параметров для обеспечения защиты рудников от затопления необходимым 
является применение дополнительных мер охраны в виде создания зон смягчения у 
постоянно или временно остановленных границ горных работ.  

Анализ эффективности создания зон смягчения в краевой части подработанного соля-

ного массива. Оценка эффективности различных способов создания зон смягчения базировалась 
на постановке, изложенной выше, для условия неполной подработки ВЗТ (
max

= 2,2 м; 

22
,1
/

H
L
). Протяженность зоны смягчения принималась равной 200 м. В геомеханических рас-

четах анализировались следующие варианты формирования зон смягчения: 

1. Создание зоны смягчения за счет изменения параметров камерной системы разработки 

путем увеличения в ее пределах межосевого расстояния l = 10,5 м (ширина целиков: пласт АБ – 
7,3 м, пласт КрII – 4,4 м) и снижения степени нагружения междукамерных целиков.  

2. Закладка в пределах зоны смягчения очистных камер сильвинитового пласта КрII с коэф-

фициентом заполнения А = 0,8. 

3. Формирование зоны смягчения за счет исключения из отработки одного из рабочих пла-

стов (АБ или КрII). 

Результаты расчетов изменения конфигурации мульды сдвижения и разрушения пород ВЗТ 

при различных вариантах создания зон смягчения представлены на рис.6. Аналогичные оценки в 
отсутствие зоны смягчения приведены на рис.5. 

Сравнительный анализ показал (рис.6), что все рассмотренные варианты создания зон смяг-

чения обуславливают определенное выполаживание краевой части мульды сдвижения, при этом 
отношение L/H увеличивается с 1,22 (отсутствие зоны смягчения) до 1,40. Наиболее интенсивное 
выполаживание отмечается при создании зоны смягчения путем закладки камер нижнего рабочего 
пласта КрII (
35
,1
/

H
L
) или исключением его из отработки (
40
,1
/

H
L
). Как и следо-

вало ожидать, снижение градиентов оседания земной поверхности напрямую отражается в характере 
нарушения сплошности ВЗТ. В сравнении с расчетами без применения дополнительных 
мер охраны ВЗТ у остановленных границ горных работ (см. рис.5) для всех вариантов создания 
зон смягчения (рис.6) не наблюдается локализации зон техногенной нарушенности в переходной 
пачке (ПП) и покровной каменной соли (ПКС). С точки зрения эффективности, по аналогии с 
оценками развития процесса сдвижения, предпочтительным является формирование зоны смягчения 
путем закладки очистных камер пласта КрII. В этом случае при прочих равных условиях 
разрушению подвержены лишь соляные пласты, развитые в нижней части ВЗТ (рис.6, г).  

Максимальное снижение техногенной нагрузки на пласты ВЗТ достигается при исключении 

из отработки пласта КрII (рис.6, е). В этом случае область техногенной субвертикальной трещиноватости «
разбивается» на две зоны: первая формируется в краевой части выработанного пространства 
по пласту КрII, вторая, менее выраженная, у постоянных или длительно остановленных 
границ горных работ. Разрушение ограничивается интервалом карналлитового пласта Д и 
самых нижних пластов каменной соли Б-В, В-Г. 

Таким образом, дополнительные меры охраны в виде зон смягчения у постоянно или вре-

менно остановленных границ горных работ обуславливают снижение интенсивности техногенного 
воздействия на ВЗТ. При этом максимальный защитный эффект достигается при изменении 
условий ведения горных работ на нижнем отрабатываемом пласте.  

Выводы. Признаком опасности нарушения сплошности ВЗТ является критическое сочета-

ние параметров мульды сдвижения: максимальных оседаний земной поверхности и длины ее 
краевой части. Данные показатели легко контролируются инструментальными методами и могут 
быть включены в основу общей системы мониторинга состояния водозащитной толщи на калийных 
рудниках. 

В целях обеспечения безопасных условий подработки водозащитной толщи на участках по-

стоянно или длительно остановленных границ горных работ необходимым является создание зон 
смягчения. Наиболее эффективным способом формирования зоны смягчения является закладка 
нижнего отрабатываемого пласта или исключение его из очистной выемки. 

 

 

A.А.Барях, E.А.Губанова 
DOI: 10.31897/PMI.2019.6.613 

О мерах охраны калийных рудников от затопления 

620

Записки Горного института. 2019. Т. 240. С. 613-620 ● Горное дело 

ЛИТЕРАТУРА 

 
1. Амусин Б.З. Об использовании переменных модулей при решении одного класса задач линейно-наследственной 

ползучести / Б.З.Амусин, А.М.Линьков // Механика твердого тела. 1974. № 6. С. 162-166. 

2. Барях А.А. Разрушение водоупорных толщ при крупномасштабных горных работах / А.А.Барях, Н.А.Самоделкина // 

Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2012. № 6. C. 12-21. 

3. Барях А.А. Об одном подходе к реологическому анализу геомеханических процессов / А.А.Барях, Н.А.Самоделкина // 

Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2005. № 6. С. 32-41. 

4. Барях А.А. Оценка условий развития трещин в подработанном соляном массиве / А.А.Барях, Н.А.Еремина, 

Е.А.Грачева // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1994. № 5. С. 84-88. 

5. Губанов В.А. Обоснование геомеханических параметров охраны и поддержания подготовительных и очистных вы-

работок при разработке калийных месторождений: Автореф. дис. ... д-ра техн. наук / ЗАО «Солигорский институт проблем 
ресурсосбережения с опытным производством». Солигорск, 2006. 35 с. 

6. Драсков В.П. Опыт управления сдвижением горных пород на рудных месторождениях // Горный информационно-

аналитический бюллетень. 2010. № 9. С. 269-272. 

7. Константинова С.А. К оценке механической роли закладки выбранного пространства на калийных рудниках / 

С.А.Константинова, В.А.Соловьев, И.Б.Ваулина // Геодинамика и напряженное состояние недр Земли: Труды Всероссийской 
конф., посвящ. 80-летию акад. М.В.Курлени. В 2 т. 2011. Т. 1. С. 394-399. 

8. Кудряшов А.И. Верхнекамское месторождение калийных солей / ГИ УрО РАН. Пермь, 2001. 429 с. 
9. Кузнецов Г.Н. Механические свойства горных пород. М.: Углетехиздат, 1947. 180 с. 
10. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. М.: Юрайт, 2018. 402 с. 
11. Пачгин В.В. Обоснование технологии интенсивной отработки пологих калийно-магниевых пластов под водонос-

ными горизонтами // Проблемы недропользования: Сб. науч. тр. Ч. 1. / Национальный минерально-сырьевой университет 
«Горный». СПб, 2015. С. 82-83. 

12. Петровский Б.И. Частичная закладка как способ эффективного управления кровлей при селективной выемке 

Третьего калийного пласта / Б.И.Петровский, В.Я.Прушак, В.Я.Щерба // Материалы, технологии, инструменты. 2002. Т. 7. 
№ 4. С. 86-91.  

13. Повышение безопасности рудников при отработке Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей / 

В.П.Зубов, Е.Р.Ковальский, С.В.Антонов, В.В.Пачгин // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2019. № 5. 
С. 22-33. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-05-0-22-33. 

14. Савон Д.Ю. Снижение воздействия отходов калийной промышленности на окружающую среду / Д.Ю.Савон, 

С.В.Шевчук, Р.В.Шевчук // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 8. С. 360-368. 

15. Указания по защите рудников от затопления и охране подрабатываемых объектов в условиях Верхнекамского ме-

сторождения калийных солей. Пермь-Березники, 2018. 130 с. 

16. Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. М.: Недра, 1987. 221 с. 
17. Шкуратский Д.Н. Использование отходов производства калийных удобрений в породных смесях для закладки вы-

работанных пространств / Д.Н.Шкуратский, М.И.Русаков // Известия Тульского государственного университета. Науки о 
Земле. 2015. Вып. 3. С. 87-97. 

18. Accetta J. Piping the paste // Paste Tailings Management. April 2010. P. 14-15. 
19. Litvinenko V. Advancement of geomechanics and geodynamics at the mineral ore mining and underground space develop-

ment // Geomechanics and Geodynamics of Rock Masses: International European Rock Mechanics Symposium. EUROCK 2018 
(Saint Petersburg, Russian Federation, 22 May 2018). London: Taylor and Francis Group. 2018. Vol. 1. P. 3-16. 

20. Lotermoser B. Mine Wastes: Characterization, Treatment and Environmental Impacts. Heidelberg: Springer. 2010. 400 p. 
21. Slade N. Paste technology – an application for mine backfilling and mineralwaste disposal // Paste Tailings Management. 

April 2010. P. 2. 

22. Zienkiewich O.C. The finite element method in engineering science. Moscow: Mcgraw-Hill-London. 1971. P. 541. 
 
Авторы: A.А.Барях, д-р техн. наук, академик РАН, директор, bar@mi-perm.ru (Пермский федеральный исследова-

тельский центр Уральского отделения РАН, Пермь, Россия), E.А.Губанова, канд. техн. наук, старший научный сотрудник, 
Elena.T@mi-perm.ru (Горный институт Уральского отделения РАН, Пермь, Россия).  

Статья поступила в редакцию 15.08.2019. 
Статья принята к публикации 03.09.2019.