ОСОБЕННОСТИ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В УСЛОВИЯХ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД НА ПРИМЕРЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ АРЫЛАХ

Наукосфера. №9 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 45 http://nauko-sfera.ru/ ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ УДК 622.44 DOI 10.5281/zenodo.17142207 Научная статья ОСОБЕННОСТИ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В УСЛОВИЯХ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД НА ПРИМЕРЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ АРЫЛАХ FEATURES OF MOUNTAIN WORKINGS SUPPORT IN PERMANENTLY FROZEN ROCKS: THE ARYLAKH DEPOSIT AS AN EXAMPLE АРНО ВЕРОНИКА ВЛАДИМИРОВНА, кандидат технических наук, ФГБОУ ВО «Северо-Восточный государственный университет». КОЛЕСНИЧЕНКО ЕВА ПАВЛОВНА, ВШГА МГУ им. М.В. Ломоносова. ГАРИФУЛИНА ИРИНА ЮРЬЕВНА, кандидат технических наук, ФГБОУ ВО «Северо-Восточный государственный университет». РЕМИЗОВ НИКИТА АНДРЕЕВИЧ, ФГБОУ ВО «Северо-Восточный государственный университет». ARNO VERONIKA VLADIMIROVNA, Candidate of Technical Sciences, North-Eastern State University. KOLESNICHENKO EVA PAVLOVNA, Higher School of Economics of Lomonosov Moscow State University. GARIFULINA IRINA YURIEVNA, Candidate of Technical Sciences, North-Eastern State University. REMIZOV NIKITA ANDREEVICH, North-Eastern State University. В статье рассмотрены особенности крепления горных выработок в условиях многолетнемерзлых пород на примере месторождения «Арылах». Проанализированы физико-механические свойства пород, влияющие на устойчивость подземных выработок, и методы их крепления с учетом температурных особенностей вечномерзлых пород. Практические данные по применяемым конструкциям — металлическим арочным крепям, анкерным системам, торкретированию и деревянным конструкциям — дополнены описанием системы мониторинга деформаций с применением тахеометрии, лазерного сканирования и температурных измерений. Результаты исследований показывают эффек- Наукосфера. №9 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 46 http://nauko-sfera.ru/ тивность комплексного подхода, обеспечивающего безопасность и надежность горных выработок в сложных геоусловиях мерзлоты. The article discusses the features of mining workings support in permafrost conditions on the example of the Arylyakh deposit. The physical and mechanical properties of rocks affecting the stability of underground workings and methods of their support taking into account the temperature features of permafrost rocks are analyzed. Practical data on the structures used — metal arched supports, anchor systems, shotcrete and wooden structures — are supplemented by a description of the deformation monitoring system using the total station, laser scanning and temperature measurements. The research results demonstrate the effectiveness of a comprehensive approach that ensures the safety and reliability of mine workings in complex permafrost geological conditions. Ключевые слова: многолетнемерзлые породы, крепление горных выработок, анкерная крепь, металлическая арочная крепь, торкретирование, мониторинг, деформации, вечная мерзлота, устойчивость массива, подземные горные выработки. Key words: permafrost rocks, fastening of mine workings, anchorage, metal arch support, shotcrete, monitoring, deformations, permafrost, stability of the massif, underground mining. ведение. Многолетнемерзлые породы (ММП) представляют собой особую инженерногеологическую среду, в которой осуществляется разработка подземных горных выработок. Месторождение «Арылах» расположено в зоне сплошного распространения многолетней мерзлоты с мощностью толщи 280–300 м и температурой у подошвы яруса теплооборотов минус 4–5°С. Уникальные физико-механические свойства мерзлых и вечномерзлых пород влияют на устойчивость горных выработок, что требует специфического подхода к выбору методов крепления и систем мониторинга. Цель статьи — изложить особенности крепления горных выработок в условиях ММП, описание применяемых конструкций и подходов к мониторингу устойчивости горных массивов. Материалы и методы. Исследования основаны на анализе инженерно-геологических условий месторождения «Арылах» и практических данных по креплению горных выработок на объекте. Породы вмещающие горные выработки включают диоритовые порфиры, андезиты и трахиандезитовые порфиры, характеризуемые высокой прочностью по шкале Протодьяконова (предел прочности на сжатие от 7,8 до 176 МПа) и сильной трещиноватостью (3–4 трещины на метр). Многолетняя мерзлота повышает устойчивость пород при отрицательных температурах, однако тепловое воздействие механизмов, взрывных работ и работы оборудования приводит к образованию зон с положительной температурой, снижающей устойчивость обнажений. Методы крепления выработок выбираются с учетом этих условий и подразделяются на металлические арочные крепи, анкерные системы на фрикционных анкерах, торкретирование и деревянные конструкции. Для оценки устойчивости применяется систематический мониторинг деформаций с применением тахеометрии, лазерного сканирования и температурных измерений. Результаты. Инженерно-геологические условиям месторождения «Арылах» представлены в табл. 1. Сводные ключевые инженерно-геологические параметры и выбираемые решения по креплению в зависимости от состояния горного массива на месторождении «Арылах» представлены в таблице 2. В Наукосфера. №9 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 47 http://nauko-sfera.ru/ Таблица 1. Инженерно-геологические условия месторождения «Арылах» Параметр Значение Особенности Геологический состав Диоритовые порфиры, андезиты, трахиандезитовые порфиры Прочные породы с высокой трещиноватостью Прочность на сжатие (МПа) 7,8–176 Высокая прочность по шкале Протодьяконова Трещиноватость 3–4 трещины на метр Значительная интенсивность трещиноватости Мощность слоя многолетнемерзлых пород (ММП) 280–300 м Сплошное распространение мерзлоты Температура на подошве теплооборотов –4…–5 °C Низкотемпературный режим Влияние тепловых воздействий Образование зон с положительной температурой Снижение устойчивости пород возле выработок Грунтовогидрогеологические условия Отсутствие значительных водопритоков Воды подмерзлотные, трещинно-жильные Таблица 2. Крепление горных выработок по зонам устойчивости массива Зона массива Тип породы и состояние Конструкция крепи Характеристики крепления Особенности применения Зона неустойчивых пород Высокая трещиноватость, слабые участки Металлическая арочная крепь (профиль СВП-22) с деревянной затяжкой Высокая несущая способность, долговечность Применяется на опасных участках Зона устойчивых пород Низкая трещиноватость Анкерная крепь на фрикционных анкерах АФ-46 (L=1800 мм) Быстрый монтаж, надежное удержание массива Механизированный монтаж, высокая скорость Ослабленные зоны Локальные разрушения и трещины Металлическая сетка с торкретированием Армирование, заполнение микротрещин Укрепление коры выработок Общая мерзлотовая зона Постоянный отрицательный температурный режим Система мониторинга температуры и деформаций Регулярный контроль температур и сдвижений Своевременное принятие мер безопасности Металлическая арочная крепь из профиля СВП-22 с деревянной затяжкой применяется в неустойчивых породах и служит основным элементом крепления при опасных участках. Анкерная крепь на базе фрикционных анкеров АФ-46 (L=1800 мм), установленных механизированным способом, используется в устойчивых породах, обеспечивая высокую скорость монтажных работ и надежность удержания массива. Местами комбинируется с металлической сеткой для армирования ослабленных зон. Метод торкретирования с помощью установок Sika PAUS UNI 50-3 позволяет заполнять микротрещины и повышать прочность коры выработок. Вечномерзлые породы требуют постоянного контроля температурного режима и дина- Наукосфера. №9 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 48 http://nauko-sfera.ru/ мики сдвижений горных пород. Для этого разработана система регулярных измерений температуры и деформаций, результаты фиксируются в журналах с целью своевременного выявления угроз обрушения. Мониторинг ведется по пространственному положению реперов с измерениями смещений и температурных колебаний. При обнаружении сдвижений принимаются профилактические меры, включая усиление крепления, корректировку схемы разработки и предупреждение персонала. Обсуждение. Условия ММП значительно усложняют подбор и применение крепежных систем по причине изменяющейся прочности пород при изменении температуры и возможных тепловых деформаций. Выбор металлических арочных крепей с деревянной затяжкой оправдан на слабоустойчивых участках, где необходимо обеспечить высокую несущую способность. Анкерная крепь дает возможность быстрого монтажа и эффективного контроля состояния массива. Торкретирование увеличивает монолитность крепления, снижая риск микротрещинных разрушений. Система мониторинга должна быть комплексной, включая визуальные, инструментальные и температурные измерения, что позволяет оперативно реагировать на изменения в горном массиве. Особая роль отводится профилактическим мероприятиям по предотвращению обрушений и обеспечению безопасности персонала. Представленные методы и конструкции доказали свою эффективность на примере подземных работ месторождения «Арылах» и могут служить примером для аналогичных горных условий многолетней мерзлоты. Заключение. Крепление горных выработок в условиях многолетнемерзлых пород требует комплексного подхода, учитывающего физико-механические свойства вечномерзлых пород и их температурные особенности. Использование металлической арочной и анкерной крепи, а также торкретирования, наряду с систематическим мониторингом состояния массива, обеспечивает надежную безопасность горных выработок. Практический опыт месторождения «Арылах» демонстрирует высокую эффективность таких решений, что имеет важное значение для развития подземных горных работ в условиях многолетней мерзлоты. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Морозов И. А., Панькова И. Л., Токсарова В. Н. Изучение устойчивости горных выработок в соляных породах // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 9. С. 36–47. DOI 10.25018/0236_1493_2021_9_0_36. 2. Иофис М. А., Есина Е. Н., Мараков В. Е., Чистяков А. Н. Геомеханические критерии безопасной отработки Гремячинского месторождения калийных солей // Маркшейдерский вестник. 2011. № 4. С. 44–52. 3. Токсаров В. Н., Морозов И. А., Бельтюков Н. Л., Ударцев А. А. Исследование деформирования подземных горных выработок в условиях Гремячинского месторождения калийных солей // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020. № 7. С. 113–124. DOI 10.25018/02361493-2020-7-0-113-12. 4. Разумов Е. А., Еременко В. А., Заятийнов Д. Ф., Матвеев А. С., Гречишкин П. В., Позолотин А. С. Методика расчета параметров анкерной крепи подземных горных выработок в условиях вечной мерзлоты // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2013. № 9. С. 39–47. 5. Титов Н. В., Васильев С. Д. Исследование влияния отрицательной температуры пород на усилие закрепления сталеполимерных анкеров в условиях многолетней мерзлоты // Горный информационно-аналитический бюллетень: науч.-техн. журн. 2013. Спец. выпуск № ОС1. С. 3–8. 6. Титов Н. В., Васильев С. Д. Исследования влияния влажности и агрессивности среды на усилие закрепления сталеполимерных анкеров // Горный информационно-аналитический бюллетень: науч.-техн. журн. 2013. Спец. выпуск № ОС1. С. 9–13. Наукосфера. №9 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 49 http://nauko-sfera.ru/ 7. Разумов Е. А., Клишин В. И., Опрук Г. Ю., Гречишкин П. В. Совершенствование технологии анкерного крепления горных выработок угольных шахт в условиях многолетней мерзлоты // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2016. № 5. С. 133–140. 8. Нуцкова М.В., Алхааза Мохаммад. Обзор проблем крепления скважин и применяемых тампонажных материалов // Деловой журнал «Neftegaz. Ru» 2023. № 11. 9. Актуальные проблемы технологии бурения скважин на месторождениях ОАО «Газпром». Часть 1. / А.И. Гриценко, А.В. Кулигин, Р.А. Ивакин, В.Г. Григулецкий // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2014. № 3. С. 4–15. Поступила в редакцию: 14.09.2025 © Арно В. В., Колесниченко Е. П., Гарифулина И. Ю., Ремизов Н. А., 2025. Принята в печать: 28.10.2025