Физическое моделирование напряженно-деформированного состояния сотовых горных конструкций, включающих вертикальные камеры цилиндрической формы

Представлены результаты физического моделирования напряженно-деформированного состояния камерной системы разработки с оставлением целиков в сотовом исполнении горной конструкции, которая включает вертикальные камеры цилиндрической формы. Установлено, что подготовить эквивалентный материал каменной соли для физических моделей не представляется возможным, так как не соблюдается подобие по свойствам геоматериала. В связи с этим предложен качественный анализ результатов физического моделирования. Определены разрушающие физические модели нагрузки. Представлены полученные закономерности: при увеличении ширины камеры и целика увеличивается прочность вмещающего массива и междукамерных целиков, меньшая прочность закономерно регистрируется при меньшей ширине целика при тех же значениях ширины камер. Получено логическое сопоставление с результатами численного моделирования. Устойчивость междукамерных целиков для условий применения сотовых горных конструкций, включающих вертикальные камеры цилиндрической формы, обеспечивается (в отличии от традиционных условий поддержания столбчатых и ленточных междукамерных целиков) возможностью целиков иметь боковой распор своими гранями с соседними целиками и наиболее благоприятной формой конструктивных элементов системы – вертикальных камер цилиндрической формы, которые достаточно устойчивы в условиях действия горного давления (эффект обтекания в междукамерных целиках действующими напряжениями вертикальных камер цилиндрической формы).

Косырева М. А., Еременко В. А. Физическое моделирование напряженно-деформированного состояния сотовых горных конструкций, включающих вертикальные камеры цилиндрической формы // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 10. – С. 22–34. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_10_0_22.

Косырева Марина Александровна¹ — аспирант, e-mail: marinkosyreva@gmail.com,
Еременко Виталий Андреевич¹ — д-р техн. наук, профессор РАН, директор научно-исследовательского центра «Прикладная геомеханика и конвергентные горные технологии», профессор, e-mail: prof.eremenko@gmail.com,
¹ НИТУ МИСИС.

Косырева М.А., e-mail: marinkosyreva@gmail.com.

1. Галченко Ю. П., Еременко В. А. Природно-технические системы подземной разработки рудных месторождений на основе конвергентных горных технологий: Монография. 2-е изд., доп. и перераб. — М.: Изд-во «Горная книга», 2023. — 288 с.

2. Трубецкой К. Н., Галченко Ю. П. Природоподобная геотехнология комплексного освоения недр: проблемы и перспективы. — М.: Научтехлитиздат. — 2020. — 368 с.

3. Трубецкой К. Н., Галченко Ю. П. Геоэкология освоения недр и экогеотехнология разработки месторождений. — М.: Научтехлитиздат. — 2015. — 360 с.

4. Eremenko V. A., Vinnikov V. A., Pugach A. S., Kosyreva M. A. Substantiation of rib pillar sizes for rock salt mining in vertical cylindrical stopes arranged at the nodes of regular triangular pattern // Eurasian Mining. 2023, no. 2, pp. 56—62. DOI: 10.17580/em.2023.02.12.

5. Еременко В. А., Винников В. А., Пугач А. С., Косырева М. А. Обоснование размеров междукамерных целиков при разработке соляных месторождений вертикальными очистными камерами цилиндрической формы // Горный журнал. — 2024. — № 1. — С. 29—38.

6. Шевяков Л. Д. О расчете прочных размеров и деформаций опорных целиков // Изд. АН СССР. — 1941. — № 7-8. — С. 3—16.

7. Шевяков Л. Д. Разработка месторождений полезных ископаемых. — М.: Углетехиздат, 1953. — 756 с.

8. Борщ-Компониец В. И. Практическая геомеханика горных пород. — М.: Изд-во «Горная книга», 2013. — 322 с.

9. Гулевич Г. Е. Рациональный порядок расположения и оптимальные размеры поддерживающих целиков при камерно-столбовой системе разработки. — М.: ОБНТИ Гипроцветмет, 1959. — 30 с.

10. Сидоров Д. В., Пономаренко Т. В. Методология оценки геодинамического состояния природно-технических систем при реализации проектов освоения месторождений // Горный журнал. — 2020. — № 1. — С. 49—52.

11. Ломакин И. С., Цаюков А. А., Евсеев А. В. Физическое и математическое моделирование процесса деформирования и разрушения междукамерных целиков // Вестник Пермского федерального исследовательского центра. — 2021. — № 1. — С. 47—53.

12. Риб С. В., Говорухин Ю. М. Разработка комплексного метода исследования геомеханических процессов при интеграции физического и численного моделирования // Известия ТулГУ. Науки о Земле. — 2018. — № 2. — С. 363—378.

13. Богуславский Э. И., Зуев Б. Ю., Коржавых П. В. Физическое моделирование устойчивости междукамерных целиков в условиях шахты им. Губкина // Записки Горного института. — 2014. — Т. 207. — С. 17—21.

14. Литвиненко В. С., Богуславский Э. И., Коржавых П. В. Физическое и математическое моделирование технологических параметров этажно-камерной системы разработки нижнего горизонта рудника им. Губкина // Записки Горного института. — 2012. — Т. 195. — С. 115—119.

15. Kosyreva M. A., Eremenko V. A. Numerical stress-strain modeling of honeycomb mine structures with vertical stopes of cylindrical form // Eurasian Mining. 2024, no. 1, pp. 36—39. DOI: 10.17580/em.2024.01.09.

16. Zhengzheng Xie, Nong Zhang, Xiaowei Feng, Dongxu Liang, Qun Wei, Mingyue Weng Investigation on the evolution and control of surrounding rock fracture under different supporting conditions in deep roadway during excavation period // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2019, vol. 123, article 104122. DOI: 10.1016/j. ijrmms.2019.104122.

17. Islavath S. R., Deb D., Kumar H. Development of a roof-to-floor convergence index for longwall face using combined finite element modelling and statistical approach // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2020, vol. 127, pp. 204—221. DOI: 10.1016/j. ijrmms.2020.104221.

18. Fei Wu, Hao Zhang, Quanle Zou, Cunbao Li, Jie Chen, Renbo Gao Viscoelastic-plastic damage creep model for salt rock based on fractional derivative theory // Mechanics of Materials. 2020, vol. 150, pp. 1—14. DOI: 10.1016/j.mechmat.2020.103600.

19. Jianqiang Deng, Yaoru Liu, Qiang Yang, Wei Cui, Yinbang Zhu, Yi Liu, Bingqi L. A viscoelastic, viscoplastic, and viscodamage constitutive model of salt rock for underground energy storage cavern // Computers and Geotechnics. 2019, vol. 119, pp. 1—14. DOI: 10.1016/j.compgeo.2019.103288.

20. Huang Xiao Lan, Chao Yu Studies of hard interlayer’s influence on the creep deformation of salt rock cavity // Advanced Materials Research. 2012, vol. 594—597, pp. 452—455. DOI: 10.4028/ www.scientific.net/amr.594-597.452.