Численное исследование влияния изменчивости природных факторов в пределах выемочного столба на геомеханические параметры подземного очистного забоя

Для прогнозирования рисков возникновения опасных производственных ситуаций при подземной отработке угольного пласта в выемочном столбе, таких как обрушения пород кровли, отжим угля и разрушение элементов механизированной крепи, предлагается учитывать совместное влияние пород кровли и угольного пласта в виде средневзвешенного показателя устойчивости. Выявлено, что величина этого показателя в пределах выемочного участка может существенно изменяться в зависимости от структуры и свойств горных пород. Обоснованы предельные значения показателя устойчивости угольного пласта и пород кровли. По результатам вычислительных экспериментов с использованием комплекса программ, разработанного на основе метода конечных элементов, установлены зависимости от показателя устойчивости следующих геомеханических параметров массива горных пород в окрестности длинного комплексно-механизированного забоя: конвергенции пород кровли и почвы отрабатываемого пласта, податливости секций механизированной крепи, отжима угля в краевой части пласта, объема вывала пород кровли в очистном забое, высоты зоны обрушения пород непосредственной кровли. Полученные параметры рекомендуются для разработки и реализации технологических решений по профилактике опасных производственных ситуаций при подземной отработке угольных пластов с изменчивой структурой и свойствами пород кровли.

Павлова Л. Д., Фрянов В. Н., Ефременко С. В. Численное исследование влияния изменчивости природных факторов в пределах выемочного столба на геомеханические параметры подземного очистного забоя // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 10-1. – С. 51–62. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_101_0_51.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-21-20080, https://rscf.ru/project/25-21-20080/ и гранта Кемеровской области – Кузбасса.

Фрянов Виктор Николаевич¹ — д-р техн. наук, профессор, профессор, e-mail: zzz338@rdtc.ru, ORCID ID: 0000-0001-6803-458X, 
Павлова Лариса Дмитриевна¹ — д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой, e-mail: ld_pavlova@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-2480-8165, 
Ефременко Софья Вячеславовна¹ — ассистент кафедры, e-mail: sofyaefremenko2002@mail.ru, 
¹ Сибирский государственный индустриальный университет (СибГИУ).

Павлова Л.Д., e-mail: ld_pavlova@mail.ru.

1. Коровкин Ю. А., Савченко П. В. Теория и практика длиннолавных систем. — М.: Изд-во «Горное дело» ООО «Киммерийский центр», 2012. — 808 с.

2. Захаров В. Н., Забурдяев В. С., Артемьев В. Б. Углепородные массивы: прогноз устойчивости, риски, безопасность. — М.: Изд-во «Горное дело» ООО «Киммерийский центр», 2013. — 280 с.

3. Клишин В. И., Рогова Т. Б., Шаклеин С. В., Писаренко М. В. Стратегия долгосрочного технологического развития угольной отрасли Кузбасса // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. — 2024. — № 10. — С. 19—26.

4. Rong H., Li N., Cao C., Wang Y., Li J., Li M. Numerical simulation of blasting behavior of rock mass with cavity under high in-situ stress // Scientific Report. 2024, vol. 11, no. 1. DOI: 10.1038/s41598-024-67088-5.

5. Yan H., Li H., Xie H., Xiao M., Pei J., Liu H., He J. A review on rockburst prediction and prevention to shape an ontology-based framework for better decision-making forunderground excavations // Deep Underground Science and Engineering. 2025, vol. 5, no. 2, pp. 331—349. DOI: 10.1002/dug2.70034.

6. Чанышев А. И., Абдулин И. М. Исследования упругого, упруго-пластического и запредельного состояний массива пород вблизи выработок по данным измерений на их границах // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2019. — № 4. — С. 27—35.

7. Анциферов С. В., Кудрявцев М. А. Метод геомеханического обоснования устойчивости грунта склонов, вмещающих горизонтальные выработки, расположенные параллельно земной поверхности // Горный журнал. — 2026. — № 3. — С. 26—32. DOI: 10.17580/gzh.2026.03.04.

8. Еременко В. А., Лушников В. Н., Косырева М. А. Метод рейтинговой оценки устойчивости подземных горных выработок Rm // Горный журнал. — 2025. — № 1. — С. 9—19. DOI: 10.17580/gzh.2025.01.02.

9. Zhang C., Zhao Y., Han P., Bai Q. Coal pillar failure analysis and instability evaluation methods: A short review and prospect // Engineering Failure Analysis. 2022, vol. 138, article 106344. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2022.106344.

10. Zhou J., Zhang Y., Li C., He H., Li X. Rockburst prediction and prevention in underground space excavation // Underground Space. 2023, vol. 14, pp. 70—98. DOI: 10.1016/j.undsp.2023.05.009.

11. Guo S., Qi S., Zheng B., Xue L., Wang X., Liang N., Zou Y., Tang F., Faisal W. M., Wen W., Li Y., Yu X. The confinement-affected strength variety of anisotropic rock mass // Materials. 2022, vol. 15, article 8444. DOI: 10.3390/ ma15238444.

12. Kuang Z., Qiu S., Li S., Du S., Huang Y., Chen X. A new Rock Brittleness Index based on the characteristics of complete stress—strain behaviors // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2021, vol. 54, no. 3, pp. 1109—1128. DOI: 10.1007/s00603-020-02311-z.

13. Ju M., Wang D., Shi J., Li J., Yao Q., Li X. Physical and numerical investigations of bedding adhesion strength on stratified rock roof fracture with longwall coal mining // Geomechanics and Geophysics for Geo-Energy and Geo-Resources. 2021, vol. 7, no. 1. DOI: 10.1007/s40948-020-00209-2.

14. Опарин В. Н., Киряева Т. А., Потапов В. П., Юшкин В. Ф. Новые методы и информационные технологии в экспериментальной геомеханике. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2021. — 292 с.

15. Вербило П. Э., Карасев М. А., Шишкина В. С. Прогноз геомеханического состояния структурно нарушенных породных целиков с учетом запредельного их деформирования Rm // Горный журнал. — 2025. — № 3. — С. 41—47. DOI: 10.17580/gzh.2025.03.06.

16. Журкина Д. С., Лавриков С. В. К расчету концентрации напряжений в зоне влияния очистного забоя в рамках упругoпластической модели градиентного типа // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2024. — № 3. — С. 24—36. DOI: 10.15372/FTPRPI20240303.

17. Журавков М. А., Николайчик М. А., Климкович Н. М. Модифицированный алгоритм МКЭ с введением блочных упругих элементов моделирования геомеханического состояния подработанного массива горных пород // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2023. — № 3. — С. 3—12. DOI: 10.15372/FTPRPI20230301.

18. Diulin D. A., Prushak V. Ya., Gegedesh M. G. Analysis of the stress-strain state of pro blematic sections of the shaft of the mine using computer simulation // Reports of the National Academy of Sciences of Belarus. 2023, vol. 67, no. 4, рр. 322—330. DOI: 10.29235/1561-8323-2023-67-4-322-330.

19. Meethal R. E., Kodakkal A., Khalil M., Ghantasala A., Obst B., Bletzinger K-U., Wüchner R. Finite element method-enhanced neural network for forward and inverse problems // Advanced Modeling and Simulation in Engineering Sciences. 2023, vol. 10. DOI: 10.1186/s40323-023-00243-1.

20. Eremin M., Peryshkin A., Esterhuizen G., Pavlova L., Fryanov V. Numerical analysis of pillar stability in longwall mining of two adjacent panels of an inclined coal seam // Applied Sciences. 2022, vol. 12, no. 21. URL: https://www.mdpi.com/2076-3417/12/21/11028/pdf. DOI: 10.3390/app122111028.

21. Дворянчиков М. В., Павлова Л. Д., Фрянов В. Н. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2025697386. Геоконструктор для численного моделирования геомеханических процессов в зоне влияния природных и техногенных полей напряжений; ФГБОУ ВО Сиб. гос. индустр. ун-т. — Фед. служба по интеллект. собств.; Дата регистр. 24.12.2025 Бюл. № 1.