Керування напружено-деформованим станом гірського масива вугільного пласта в зоні переходу гірничої виробки очисними роботами
DOI:
https://doi.org/10.33271/crpnmu/86.055Ключові слова:
перехід техногенної зони, математичне моделювання геомеханічних процесів, інтенсивність, залежність, технологічні рішенняАнотація
Мета. Визначення механізму формування напружено-деформованого стану масива гірських порід під час об’єднання поперечного перелізу діючої гірничої виробки з очисним простором вибою шляхом скорочення цілика між ними в одній площині тонкого вугільного пласта.
Методика. Дослідження механізму формування напружено-деформованого стану масива гірських порід здійснювалось за допомогою математичного моделювання геомеханічних процесів у шаруватому гірському масиві вугільних родовищ та метода кінцевих елементів (МКЕ), які враховують весь комплекс геомеханічних та гірничотехнічних факторів.
Результати. За результатами дослідження було визначено технологічні особливості створення безпекових умов в об’єднаній зоні для роботи кінематики механізованого комплекса та реалізації його функції переміщення в площині. Уточнено наявність в масиві зон розвантаження та стискання напружень, величини яких знаходяться в межах допустимості, а також висвітлено локальну ділянку, яка характеризує обвалення порід без їхнього зависання на значній площі з боку виробленого простору. Встановлено локальну ділянку, яка характеризує обвалення порід без їхнього зависання на значній площі з боку виробленого простору. Цей аспект є важливим під час накладання динамічної опорної зони лави на стаціонарну опорну зону підготовленої техногенної порожнини на шляху просування лави, де концентрація напружень може перевершувати допустимі значення величини руйнування порід.
Наукова новизна. Встановлено прямо пропорційну залежність збільшення нормальних напружень в опорній зоні та їхньої інтенсивності від відстані очисного вибою до техногенної порожнини на шляху просування лави, а також обернено пропорційну залежність сповільнення інтенсивність геомеханічних проявів в приконтурному масиві від відстані між лавою і хідником під час накладення їхніх опорних.
Практична значимість. Отримано технологічні рішення стосовно протидії силам гірського тиску в зоні переходу флангового хідника спроможні забезпечити ефективне застосування високопродуктивного очисного механізованого комплексу без виконання монтажно-демонтажних робіт. Рекомендовано в техногенній зоні утворювати щільність кріплення з необхідною податливістю і силовими характеристиками для безпекового ведення гірничих робіт.
Посилання
1. Про схвалення Енергетичної стратегії України на період до 2035 року «Безпека, енергоефективність, конкурентоспроможність (2017). Постанова Кабінету Міністрів України від 18 серпня 2017 р. №605.
2. Salkynov, A., Rymkulova, A., Suimbayeva, A., & Zeitinova, S. (2023). Research into deformation processes in the rock mass surrounding the stoping face when mining sloping ore deposits). Mining of Mineral Deposits, 17(2), 82–90. https://doi.org/10.33271/mining17.02.082
3. Smith, W., & Bertuzzi, R. (2021). Mining through historic underground workings and systematic void management processes at McArthur River Mine. SSIM 2021: Second International Slope Stability in Mining, 277–286. https://doi.org/10.36487/acg_repo/2135_17
4. Bar, N, Du Plessis, P, Nicholl, S, Welideniya, S, Ryan, C & McAllister, P (2018). Risk management strategies for open pit mining through historic underground workings. Proceedings of the 10th Asian Rock Mechanics Symposium, International Society for Rock Mechanics and Rock Engineering, Lisbon.
5. Bekbergenov, D., Jangulova, G., Kassymkanova, K.-K., & Bektur, B. (2020). Mine technical system with repeated geotechnology within new frames of sustainable development of underground mining of caved deposits of the Zhezkazgan field. Geodesy and Cartography, 46(4), 182–187. https://doi.org/10.3846/gac.2020.10571
6. Demin, V., Nemova, N.., Demina, T., & Stefluk, Yu. (2015). Technology of rock massif state control. Scientific Bulletin of National Mining University, (5), 42–46.
7. Kurennov, S. S., Barakhov, K. P., Vambol, O. O., & Stepanenko, V. M. (2022). The stress-strain state of a plate weakened by a circular cutout and reinforced by two round patches. Aerospace Technic and Technology, (2), 4–13. https://doi.org/10.32620/aktt.2022.2.01
8. Małkowski, P. (2017). Management of mining hazard monitoring. Inzynieria Mineralna, (2), 215–224. https://doi.org/10.29227/IM-2017-02-24
9. Demin, V., Khalikova, E., Demina, T., Syzdykbaeva, D., Karatayev, A., & Mustafin, M. (2025). Assessment of the stress-strain state of the rock mass surrounding cutting workings during coal seam mining. Mining of Mineral Deposits, 19(2), 38–46. https://doi.org/10.33271/mining19.02.038
10. Nurpeisova, M.B., Salkynov, A.T., Soltabayeva, S.T., & Miletenko, N.A. (2024). Patterns of development of geomechanical processes during hybrid open pit/underground mineral mining. Eurasian Mining, 41(1), 7–11. https://doi.org/10.17580/em.2024.01.02
11. Babets, D., Sdvyzhkova, O., Shashenko, O., Kravchenko, K., & Cabana, E.C. (2019). Implementation of probabilistic approach to rock mass strength estimation while excavating through fault zones. Mining of Mineral Deposits, 13(4), 72–83. https://doi.org/10.33271/mining13.04.072
12. Demin, V., Khalikova, E., Rabatuly, M., Amanzholov, Z., Zhumabekova, A., Syzdykbaeva, D., Bakhmagambetova, G., & Yelzhanov, Y. (2024). Research into mine working fastening technology in the zones of increased rock pressure behind the longwall face to ensure safe mining operations. Mining of Mineral Deposits, 18(1), 27–36. https://doi.org/10.33271/mining18.01.027
13. Myszkowski, J., Makówka, J., & Merta, G. (2019). Ukierunkowane hydroszczelinowanie skał – nowe rozwiązania i zastosowania [Directed fracturing of rocks – new solutions and applications]. Przegląd Górniczy, 5, 43–50.
14. Fuławka, K., Stolecki, L., Mertuszka, P., Szumny, M., & Anderko, A. (2023). Blasting and Preconditioning Modelling in Underground Cave Mines under High Stress Conditions. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 121, 71–80.
15. Zhang, L., Niu, F., Liu, M., Ju, X., Wang, Z., Wang, J., & Dong, T. (2022). Fracture characteristics and anisotropic strength criterion of bedded sandstone. Frontiers in Earth Science, 10, 879332. https://doi.org/10.3389/feart.2022.879332
16. Gao, M., Xie, J., Guo, J., Lu, Y., He, Z., & Li, C. (2021). Fractal evolution and connectivity characteristics of mining-induced crack networks in coal masses at different depths. Geomechanics and Geophysics for Geo-Energy and Geo-Resources, (7), 1–15. https://doi.org/10.1007/s40948-020-00207-4
17. Li, X.F., Li, H.B., Liu, L.W., Liu, Y.Q., Ju, M.H., & Zhao, J. (2020). Investigating the crack initiation and propagation mechanism in brittle rocks using grain-based finite-discrete element method. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, (127), 104219. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2020.104219
18. Hu, S., Tan, Y., Zhou, H., Ru, W., Ning, J., Wang, J., & Li, Z. (2020). Anisotropic modeling of layered rocks incorporating planes of weakness and volumetric stress. Energy Science & Engineering, 8(3), 789–803. https://doi.org/10.1002/ese3.551
19. Tian, M., Han, L., Yang, X., Feng, Q., Meng, Q., Xie, Y., & Ma, C. (2022). Asymmetric deformation failure mechanism and support technology of roadways under non-uniform pressure from a mining disturbance. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 81(5), 211. https://doi.org/10.1007/s10064-022-02710-2
20. Tsoy, P.A., Usoltseva, O.M., & Semenov, V.N. (2018). Opredelenie mnozhestvennykh regressionnykh zavisimostey predela prochnosti na szhatie i modulya deformatsii slantsevykh porod ot velichiny bokovogo davleniya i ugla naplastovaniya. Interekspo Geo-Sibir, 6, 247–256.
21. Imashev, A., Suimbayeva, A., Zhunusbekova, G., Adoko, A. C., & Issakov, B. (2024). Assessing stability of mine workings driven in stratified rock mass. Mining of Mineral Deposits, 18(1), 82–88. https://doi.org/10.33271/mining18.01.082
22. Zhang, C., Zhao, Y., Han, P., & Bai, Q. (2022). Coal pillar failure analysis and instability evaluation methods: A short review and prospect. Engineering Failure Analysis, (138), 106344. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2022.106344
23. Carter, T.G. (2014). Guidelines for use of the scaled span method for surface crown pillar stability assessment. Proceedings of the 1st International Conference on Applied Empirical Design Methods in Mining, International Society for Rock Mechanics and Rock Engineering, Lisbon.
24. Dyczko, A., Kamiński, P., Jarosz, J., Rak, Z., Jasiulek, D., & Sinka, T. (2021). Monitoring of roof bolting as an element of the project of the introduction of roof bolting in polish coal mines-case study. Energies, 15(1), 95. https://doi.org/10.3390/en15010095
25. Batyrkhanova, A., Tomilov, A., Zhumabekova, A., Abekov, U., & Demin, V. (2019). Developing technological schemes of driving workings with controlled resistance of contours. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 3, 22–28. https://doi.org/10.29202/nvngu/2019-3/2
26. Xiong, Y., Kong, D., Wen, Z., Wu, G., & Liu, Q. (2022). Analysis of coal face stability of lower coal seam under repeated mining in close coal seams group. Scientific Reports, 12(1), 1–14. https://doi.org/10.1038/s41598-021-04410-5
27. Lama, B., & Momayez, M. (2023). Review of non-destructive methods for rock bolts condition evaluation. Mining, 3(1), 106–120. https://doi.org/10.3390/mining3010007
28. Wang, C., Zheng, X., Xin, W., Wang, J., & Liu, L. (2025). Investigation of bolt support mechanisms and parameter optimization for hard roof control in underground mining. Processes, 13(1), 94. https://doi.org/10.3390/pr13010094
29. Zhunusbekova, G., Suimbayeva, A., Imashev, А., Kazakov, A., & Asan, S. (2022). Analyzing strength criteria for assessing mine working stability. Trudy Universytetaа, 3, 159–165. https://doi.org/10.52209/1609-1825_2022_3_159
30. Li, G.X., Wang, H.L., Peng, J., Wang, L.F., & Dai, B.B. (2024). Strength model of anisotropic rocks based on Hoek-Brown criterion. Rock and Soil Mechanics, 44(12), 5. https://doi.org/10.16285/j.rsm.2023.5538
31. Krukovskyi, A. P. (2011). Моделювання зміни напружено-деформованого стану прикон-турного масиву при відході забою гірничої виробки. Проблеми обчислювальної ме-ханіки і міцності конструкцій, (17), 175–181.
32. Babets, D., Sdvyzhkova, O., Shashenko, O., Kravchenko, K., & Cabana, E.C. (2019). Implementation of probabilistic approach to rock mass strength estimation while excavating through fault zones. Mining of Mineral Deposits, 13(4), 72–83. https://doi.org/10.33271/mining13.04.072
33. Wu, Y., He, S., Fu, Y., Li, J., Zhou, P., & Sun, Z. (2025). Experimental study on the failure evolution of surrounding rock and the response of bolt support under multiple impact loads in mine roadways. Rock Mechanics and Rock Engineering, 1–19. https://doi.org/10.1007/s00603-024-04345-z
34. Małkowski, P., & Niedbalski, Z. (2020). A comprehensive geomechanical method for the assessment of rockburst hazards in underground mining. International Journal of Mining Science and Technology, 30(3), 345–355. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2020.04.009
35. Назаренко, В.О., Бруй, Г. В., Кучин, О.С., Криворучко, А.О., & Іськов, С.С. (2024). Маркшейдерський моніторинг стану гірничих виробок в умовах розробки зближених ву-гільних пластів як важливий елемент забезпечення безпеки праці та захисту шахтарів. Тех-нічна інженерія, (2(94), 258–267. https://doi.org/10.26642/ten-2024-2(94)-258-267
36. de Beer, W., William, R., Prahastudhi, S., & Braim, M. (2024). Rock mass seismic response to mining. MassMin 2024: Proceedings of the International Conference & Exhibition on Mass Mining, 1034–1044. https://doi.org/10.36487/acg_repo/2435_g-15
37. Liu, S., He, D., Jia, H., Fu, M., & Hou, B. (2022). Anchoring eccentricity features and rectifying devices for resin grouted bolt/cable bolt. International Journal of Mining Science and Technology, 32(5), 1059–1073. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2022.08.006
38. Hoek, E., & Brown, E.T. (2019). The Hoek-Brown failure criterion and GSI-2018 edition. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 11(3), 445–463. https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2018.08.001
39. Vallejos, J.A., & Díaz, L. (2020). A new criterion for numerical modelling of hangingwall overbreak in open stopes. Rock Mechanics and Rock Engineering, 1–23. https://doi.org/10.1007/s00603-020-02179-z
40. Bondarenko, V., Hardygora, M., Symanovych, H., Sotskov, V., & Snihur, V. (2016). Numerical Methods of Geomechanics Tasks Solution During Coal Deposits’ Development. Mining of Mineral Deposits, 10(3), 1–12. https://doi.org/10.15407/mining10.03.001
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
All articles are published under the Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Authors retain copyright and grant the journal right of first publication.
Authors are permitted and encouraged to deposit the final published version of their article, or the Author's Accepted Manuscript (AAM), in institutional or subject-specific open-access repositories (including the university's own institutional repository, CORE, Zenodo, or Figshare), ensuring maximum visibility, accessibility, and impact of the publication.
