Study of the stress-strain state of a resource-saving support system for a development working at different stages of operation
DOI:
https://doi.org/10.33271/crpnmu/85.127Keywords:
mining, rock massif, roadway support, stress-strain state, preparatory mining, resource-saving supportAbstract
Purpose. Study of the stress-strain state of a resource-saving support system for a development drift during various stages of operation. The methods. An analysis of the stress-strain state of the “rock mass–support” system was performed using the finite element method with the SolidWorks Simulation software package for conditions at the Samarska Mine PJSC DTEK Pavlogradvugillya, taking into account the mining and geological conditions, the physical and mechanical properties of the rock, and the parameters of the frame-anchor support. The stress distribution in the surrounding rock mass and support elements at various stages of the working face’s operation was analyzed: outside the influence of mining operations, in the zone of bearing pressure, and after the mining face has been passed through. Findings. Numerical simulations have revealed patterns in the evolution of the stress-strain state of the “rock mass–support” system at various stages of the development drift’s operation. It was determined that at the initial stage of operation, the rock mass is predominantly in an elastic state, and the main stress concentrations are localized in the lateral parts of the drift and in the support nodes of the frame support. As the working face approaches, there is a significant increase in vertical and equivalent stresses, processes of rock stratification in the roof and floor intensify, and maximum stresses in the frame support elements reach 300 MPa. After the longwall has passed, the formation of an asymmetric stress field and partial unloading of the support elements due to the operation of the safety system are observed, accompanied by a reduction in stresses to 200–220 MPa. The originality. For the first time, patterns of change in the stress-strain state of the rock mass surrounding a development drift equipped with a resource-saving support system have been established at various stages of its operation, which has made it possible to determine the nature of stress redistribution and the development of plastic deformation zones depending on the conditions of drift support. Practical implications. The results of these studies provide a basis for determining optimal parameters for a resource-efficient support system for development drifts at the Samarska Mine and can be applied in the design and construction of drifts under complex mining and geological conditions.References
1. Salieiev, I., Bondarenko, V., Kovalevska, I., Malashkevych, D., & Galkov, R. (2025). Principles of mining -geological classification for maintaining mine workings in conditions of weakly metamorphosed rocks. Mining of Mineral Deposits, 19 (1), 26, 36. https://doi.org/10.33271/mining19.01.026
2. Yuan, W. H., Li, C. J., Liu, M., Zhang, A. X., & Zhang, W. (2026). An implicit stabilized smoothed particle finite element method for dynamic large-deformation analysis in geomechanics. Computers and Geotechnics , (197), 108211. https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2026.108211
3. Шека, І.В. (2023). Результати дослідження впливу надпрацювання на гірничі виробки, що закріплені композитним кріпленням. Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва , (25), 67 – 79. https://doi.org/10.37101/ftpgv25.01.006
4. Symanovych, H., Salieiev, I., Shyshov, M., & Odnovol, M. (2022). Substantiating the optimization solutions for the mine working fastening system interaction with the enclosing rock mass. Mining of Mineral Deposits , 16(3), 54–60. https://doi.org/10.33271/mining16.03.054
5. Mehtiyev, R. K., & Tanriverdiyev, Y. A. (2025). Numerical solutions of elastoplastic problems with application to underground mining stability. Nafta-Gaz , (7), 482–489. https://doi.org/10.18668/NG.2025.07.07
6. Demin, V., Zhumabekova, A., Zhurov, V., Belomestny, D., & Kainazarov, A. (2025). Study and rationale of tectonic fault crossing technology parameters by the mine face of a preparatory mine excavation. Acta Montanistica Slovaca , 30(2). https://doi.org/10.46544/AMS.v30i2.11
7. Снігур, В. Г. (2022). Методологічні принципи та рекомендації з розробки інноваційних технологій підтримки виробок, що повторно використовуються, на шахтах Західного Донбасу. Збірник Наукових Праць НГУ , (68), 67–80. https://doi.org/10.33271/crpnmu/68.067
8. Хоменко, О. Є., Кононенко, М. М., & Косенко, А. В. (2023). Аналітичні дослідження областей деформації масиву порід навколо очисних камер. Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва , (25), 56 – 66. https://doi.org/10.37101/ftpgv25.01.005
9. Хорольський, А. О., Виноградов, Ю. О., Косенко, А. В., & Чоботько, І. І. (2023). Ресурсозберігаючі способи кріплення гірничих виробок . Монографія. ПП «Ліра-ЛТД».
10. Bondarenko, V.I., Sheka, I.V., Khorolskyi, A.O., Salieiev, I.A., Kovalevska, I.A., & Stoliarska, O.V. (2025). Substantiation of rational parameters for composite support in mine workings. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu , (3), 58–64. https://doi.org/10.33271/nvngu/2025-1/030
11. Bondarenko, V.I., Kovalevska, I.A., Symanovych, H.A., Sachko, R.M., & Sheka, I.V. (2023). Integrated research into the stress-strain state anomalies, formed and developed in the mass under conditions of high advance velocities of stope faces. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science , 1254(1), 012062. https://doi.org/10.1088/1755- 1315/1254/1/012062
12. Bondarenko, V. I., Kovalevska, I. A., Malashkevych, D. S., Sachko, R. M., & Snihur, M. V. (2026). Geomechanical principles and specifics of modeling a complex method for de-stressing gas-dynamically active rock massif Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu , (1), 25–33 . https://doi.org/10.33271/nvngu/2026-1/025 .
13. Symanovych, H., Krasnyk, V., Odnovol, M., Snihur, M., & Sheka, I. (2025). Optimization of rational parameters for fastening and protection systems of mine workings in conditions of occurrence of unpredictable rock pressure manifestations. Mining of Mineral Deposits , 19(2), 107–120. https://doi.org/10.33271/mining19.02.107
14. Скіпочка, С. І., Сергієнко, В. М., Амелін, В. А., & Ситниченко, О. Ю. (2021). Геомеханічні ризики при підземному видобутку гіпсу. Геотехнічна механіка , (156), 88 – 99. https://doi.org/10.15407/geotm2021.156.088
15. Бондаренко, В. І., Ковалевська, І. А., Галков, Р. А., Мамайкін, О. Р., & Шека, І. В. (2025). Обґрунтування методів прогнозування раннього виявлення зон підвищених деформацій для забезпечення повторного використання гірничих виробок. Збірник Наукових Праць НГУ , (81), 7 – 17. https://doi.org/10.33271/crpnmu/81.007
16. Tsivka, Y. (2024). Determination of the type of arched carbon fiber reinforced fastening of the preparatory opening for the conditions of the «Dniprovska» mine in weakly metamorphized rocks. Technology audit and production reserves , 3(1 (77)), 35–40. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.306879
17. Шека, І. В., Пойманов, С. М., Демченко, Ю. І., Рухлова, Н. Ю., & Малова, О. К. (2024). Визначення раціонального перерізу композитного кріплення в умовах ШУ «Покровське». Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва , (26), 19 – 42. https://doi.org/10.37101/ftpgv26.01.002
18. Qin, Q., Guan, W., Zhang, X., He, M., & Jia, H. (2026). Geomechanics model test research on mechanical mechanism of the self-formed roadway by bilateral roof-cutting technology. Results in Engineering , 108988. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2026.108988 .
19. Троханяк, В. І., & Богдан, Ю. О. (2015). Застосування методу кінцевих елементів при побудові сітки в ANSYS Meshing для CFD моделей. Вісник Приазовського державного технічного університету. Серія: Технічні науки , 2(30), 181-189.
20. Шека І.В. (2022). Методика проведення обчислювального експерименту з обґрунтування взаємодії композитного кріплення з гірським масивом. Всеукраїнська науково-практична on-line конференція здобувачів вищої освіти і молодих учених «Геотехнології гірництва та промислова екологія» , 26 травня 2022 р.: тези доп. – Житомир, 2022. – С. 200
21. Бондаренко, В. І., Ковалевська, І. А., Руських, В. В., Гайдай, О.А., Пойманов, С.М. & Філіппов, І. В. (2026). Спосіб комбінованого кріплення підготовчої виробки (Патент України № 162420). Бюлетень № 12. Опубл. 25.03.26 р.
22. Руських, В.В., Гайдай, О.А., Філіппов, І.В. & Пойманов, С.М. (2025). Конструкція ресурсозберігаючої системи кріплення підготовчих виробок . Збірник наукових праць НГУ , (82). 55–64. https://doi.org/10.33271/crpnmu/82.055
Downloads
Published
Issue
Section
License
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.
