Метод прогноза перемещений пород вокруг подготовительных выработок на больших глубинах при разработке угольных месторождений

Рассмотрен метод прогноза разуплотненного и деформированного напряженного состояния массива в зоне влияния очистных горных работ и оценки концентрации напряжения вокруг подготовительной горной выработки вблизи обнажения с учетом влияния отпора крепи. Данный метод предложен для определения размера зоны предельного состояния и прогноза перемещений вокруг подготовительной выработки в трех постановках: при формировании зоны предельного состояния с учетом радиального изменения сцепления в гидростатическом поле напряжений; при образовании вокруг выработки зон остаточной прочности и запредельного состояния; при учете вышеизложенных факторов, а также слоистости и напластования в массиве горных пород. Выявлено влияние неоднородности вмещающих пород, их состава, структуры, глубины ведения горных работ и распределения напряжений в массиве на характер изменения напряженного состояния и протекания процесса деформирования с проявлением дилатансии. Метод прогноза основан на анализе многочисленных результатов экспериментальных наблюдений за перемещением пород вокруг подготовительных выработок. Разработана геомеханическая модель прогноза перемещений на основании учета пластического разрыхления и снижения прочностных характеристик вмещающих горных пород вблизи горных выработок в условиях предельного и запредельного состояний массива. На основании сопоставления теоретических и экспериментальных результатов и выявления закономерности образования пластической дилатансии пород предложен метод прогноза перемещений массива при формировании зоны предельного состояния и деформировании вмещающих пород вокруг подготовительных выработок.

Протосеня А. Г., Третенков И. В., Тулин П. К., Шубин А. А. Метод прогноза перемещений пород вокруг подготовительных выработок на больших глубинах при разработке угольных месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 8. – С. 63–78. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_8_0_63.

Протосеня Анатолий Григорьевич¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: ProtosenyaAG@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0001-7829-6743,
Третенков Игорь Викторович¹ — канд. геол.-минерал. наук, доцент, e-mail: TretenkovIV@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-1104-8080,
Тулин Павел Кириллович¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: TulinPK@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-0820-4759,
Шубин Андрей Анатольевич¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: ShubinAA@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-1255-4743,
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II.

Третенков И.В., e-mail: TretenkovIV@pers.spmi.ru.

1. Вербило П. Э., Вильнер М. А. Изучение анизотропии прочности и масштабного эффекта трещиноватого массива горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6-2. — С. 47—59. DOI: 10.25018/02361493202262047.

2. Титов Н. В., Иванов С. И., Шурыгин Д. Н. Исследование влияния опорного давления на различных стадиях его формирования в геомеханической системе «Парные штреки» // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12. — CB 8. — 16 c.

3. Казанин О. А., Ильинец А. А. Обеспечение устойчивости выемочных выработок при подготовке выемочных участков пологих угольных пластов тремя выработками // Записки Горного института. — 2022. — Т. 253. — С. 41—49. DOI: 10.31897/PMI.2022.1.

4. Литвинский Г. Г., Смекалин Е. С., Кладко В. И. Методика оценки и критерии устойчивости горных выработок // Сборник научных трудов ГОУ ВПО ЛНР «ДонГТУ». — 2020. — № 19. — С. 5—14.

5. Хажыылай Ч. В., Еременко В. А., Косырева М. А., Янбеков А. М. Расчет паспорта прочности горных пород, находящихся в естественных условиях массива, с использованием критерия Хука—Брауна и программы RocData // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — № 12. — С. 92—101. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-12-0-92-101.

6. Качурин Н. М., Захаров Е. И., Соловьев Д. А., Соловьев Р. А. Напряженно-деформированное состояние горного массива и крепи при строительстве подземных сооружений // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2022. — № 1. — С. 355—362. DOI: 10.46689/2218-5194-2022-1-1-355-362.

7. Семенцов В. В., Осмин Д. В., Нифанов Е. В. Устойчивость выемочных горных выработок при отработке пластов с труднообрушающимися кровлями // Вестник НЦ ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности. — 2021. — № 3. — С. 14—25. DOI: 10.25558/VOSTNII. 2021.47.12.002.

8. Горбунова Н. Н. Об особенностях поведения массива горных пород при рассмотрении модели Хоека—Брауна // Маркшейдерский вестник. — 2018. — № 4 (125). — С. 62—66.

9. Господариков А. П. Трофимов А. В., Киркин А. П. Оценка деформационных характеристик хрупких горных пород за пределом прочности в режиме одноосного сервогидравлического нагружения // Записки Горного института. — 2022. — Т. 256. — С. 539—548. DOI: 10.31897/ PMI.2022.87.

10. Вербило П. Э., Иовлев Г. А., Петров Н. Е., Павленко Г. Д. Применение технологий информационного моделирования для маркшейдерского обеспечения ведения горных работ // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6-2. — С. 60—79. DOI: 10.25018/ 02361493202262060.

11. Ignatiev S. A., Sudarikov A. E., Imashev A. Zh. Determination of the stressstrain state of rock mass and zone of inelastic deformation around underground mine excavation using modern methods of numerical modeling // Journal of Sustainable Mining. 2021, vol. 20, no. 3, article 7. DOI: 10.46873/23003960.1324.

12. Деев П. В., Цуканов А. А. Влияние границы раздела пород на напряженное состояние массива в окрестности горной выработки // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2022. — № 1. — С. 448—457. DOI: 10.46689/2218-5194-2022-1-1-448-457.

13. Третенков И. В., Лукьянов В. Г. Устойчивость горных выработок. — Томск: Издательский дом ТГУ, 2015. — 132 с.

14. Карасев М. А., Тиен Тай Нгуен Метод прогноза напряженного состояния обделки подземных сооружений квазипрямоугольной и арочной форм // Записки Горного института. — 2022. — Т. 257. — С. 807—821. DOI: 10.31897/PMI.2022.17.

15. Зуев Б. Ю. Методология моделирования нелинейных геомеханических процессов в блочных и слоистых горных массивах на моделях из эквивалентных материалов // Записки Горного института. — 2021. — Т. 250. — С. 542—553. DOI: 10.31897/PMI.2021.4.6.

16. Алиев С. Б., Демин В. Ф., Кайназаров А. С. Оценка состояния приконтурного горного массива на сопряжении лавы с примыкающей выемочной выработкой // Уголь. — 2023. — № 1. — С. 35—39. DOI: 10.18796/0041-5790-2023-1-35-39.

17. Мирсалимов В. М., Гасанов Ф. Ф. Решение упругопластической задачи для трещиноватого массива, ослабленного круговым отверстием // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2022. — № 1. — С. 332—345. DOI: 10.46689/2218-5194-2022-1-1332-345.

18. Жабин А. Б., Линник Ю. Н., Линник В. Ю., Цих А. Особенности горно-геологических условий залегания угольных пластов основных бассейнов России // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2022. — № 1. — С. 250—260. DOI: 10.46689/22185194-2022-1-1-250-260.

19. Деменков П. А., Комолов В. В. Исследование влияния строительства глубоких котлованов на оседания массива в плоской и пространственной постановке // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 6. — С. 97—110. DOI: 10.25018/0236149320236097.

20. Шашенко А. Н., Солодянкин А. В., Смирнов А. В. Пучение пород почвы в выработках угольных шахт. — Днепропетровск: ТОВ «ЛiзуновПрес», 2015. — 256 с.