Оценка безопасности проходки сближенных капитальных камерных выработок в сложных горно-геологических и геотехнических условиях

Актуальность исследования обусловлена распространенностью проблемы строительства и крепления капитальных выработок большого объема и сближенных выработок для безопасной разработки месторождений в сложных горно-геологических условиях. Ранее исследования проводились для условий упругой однородной среды. Особенностью настоящих исследований является представление реального массива горных пород иерархически блочной структурой, в которой формируются дискретные, мозаичнонеоднородные и переменные во времени структуры напряженно-деформированного состояния. В связи с этим, проблемы обеспечения устойчивости в массивах IV–V категории требуют адаптации существующих методов оценки устойчивости и безопасности в части исследований реальных условий разработки массива горных пород и создания условий безопасной выемки полезного ископаемого на основе полученных данных. В рамках работы получены новые экспериментальные данные. Математическая обработка данных путем решения обратной геомеханической задачи позволила дать прогнозную оценку инженерно-геологических и геомеханических условий для обоснования исходных геомеханических характеристик массива горных пород на участке строительства горнокапитальных выработок 2-й очереди шахты «Десятилетие независимости Казахстана» Донского ГОКа, необходимые проектной организации. На основании материалов исследований установлено, что взаимное влияние сближенных выработок является существенным в породах III, IV и V категорий устойчивости, размеры зон влияния при различных глубинах достигают значительных размеров, распространяясь на 3–7 радиусов от центра выработки. Строительство и поддержание большеобъемных горных выработок требует учета процессов запредельного деформирования породного массива, происходящих вокруг выработок для определения очередности строительства выработок, отставания от забоя и выбора типа крепи.

Каюмова А. Н., Балек А. Е., Харисов Т. Ф. Оценка безопасности проходки сближенных капитальных камерных выработок в сложных горно-геологических и геотехнических условиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 7. – С. 131–147. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_7_0_131.

Работа выполнена в ходе реализации государственного задания по теме № 075-00412-22 ПР.

Каюмова Альфия Наиловна¹ — канд. техн. наук, старший научный сотрудник, доцент НИТУ «МИСиС», e-mail: alfkaa@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-6064-4743,
Балек Александр Евгеньевич¹ — д-р техн. наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: balek@igduran.ru, ORCID ID: 0000-000230407-2450,
Харисов Тимур Фаритович¹ — канд. техн. наук, старший научный сотрудник, e-mail: timur-ne@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-4668-081X,
¹ Институт горного дела Уральского отделения РАН,

Каюмова А.Н., e-mail: alfkaa@mail.ru.

1. Сентябов С. В. Геомеханические аспекты формирования природных напряжений в бетонной крепи шахтных стволов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 3-1. — С. 199—207. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-31-0-199-207.

2. Саммаль А. С., Грибанов В. Б., Капунова Н. А. Оценка напряженного состояния массива пород в окрестности двух параллельных круговых выработок, сооружаемых в общей зоне укрепления // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. — 2013. — № 3. — С. 323—331.

3. Ларионов Р. И. Исследование формирования напряженно-деформированного состояния массива горных пород вокруг двух параллельно проведенных тоннелей // Записки Горного института. — 2007. — Т. 172. — С. 78—81.

4. Еременко В. А., Лушников В. Н., Сэнди М., Милкин Д. А., Мильшин Е. А. Обоснование и выбор технологии проведения и способов крепления горных выработок в неустойчивых горных породах на глубоких горизонтах Холбинского рудника // Горный журнал. — 2013. — № 7. — С. 59—66.

5. Протосеня А. Г., Беляков Н. А., Куранов А. Д. Метод прогноза напряженного состояния комплекса тоннельных выработок сложной пространственной конфигурации с учетом взаимного влияния и последовательности строительства // Записки Горного института. — 2012. — Т. 199. — С. 17—24.

6. Deev P., Sammal A., Antziferov S. Evaluation of mine support stress state on base of convergence measurement data / 17th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2017. 2017, vol. 17, book 13, pp. 321—326. DOI: 10.5593/sgem2017/13/S03.041.

7. 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.

8. Elrawy W. R., Abdelhaffez G. S., SaleemH.A.Stability assessment of underground openings using different rock support systems // Rudarsko-Geolosko-Naftni-Zbornik. 2020, vol. 35, no. 1, pp. 49—64. DOI: 10.17794/rgn.2020.1.5.

9. Qi F., Ma Z. Investigation of the roof presplitting and rock mass filling approach on controlling large deformations and coal bumps in deep high-stress roadways // Latin American Journal of Solids and Structures. 2019, vol. 16, no. 4, pp. 24. DOI: 10.1590/1679-78255586.

10. 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.

11. Черданцев Н. В. Устойчивость анизотропного массива горных пород с системой двух спаренных выработок квадратного поперечного сечения // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. — 2016. — № 3. — С. 6—13.

12. Protosenya A. G., Karasev M. A., Belyakov N. A. Numerical simulation of rock mass limit state using Stavrogin’s strength criterion // Journal of Mining Science. 2015, vol. 51, no. 1, pp. 31—37. DOI: 10.1134/S1062739116010125.

13. Захаров В. Н., Федоров Е. В., Еременко В. А., Лагутин Д. В. Геомеханическое обеспечение проектирования отработки запасов каменной соли на Илецком месторождении // Горный журнал. — 2018. — № 2. — С. 41—47.

14. Серяков В. М. Геомеханическая оценка технологий поэтапной отработки и крепления поперечных сечений протяженных выработок // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2018. — Т. 5. — № 2. — С. 124—128.

15. Баловцев С. В., Шевчук Р. В. Геомеханический мониторинг шахтных стволов в сложных горно-геологических условиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — № 8. — С. 77—83. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-8-0-77-83.

16. Viti C., Collettini C., Tesei T., Tarling M. S., Smith S. A. F. Deformation processes, textural evolution and weakening in retrograde serpentinites // Minerals. 2018, vol. 8, no. 6, article 241. DOI: 10.3390/min8060241.

17. Балек А. Е., Ефремов Е. Ю. Исследование напряженно-деформированного состояния сопряжения ствола с околоствольными выработками маркшейдерскими методами // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2019. — № 2. — С. 267—279.

18. Сашурин А. Д., Панжин А. А. Современные проблемы и задачи геомеханики // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 3-1. — С. 188—198. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-31-0-188-198.

19. Балек А. Е., Озорнин И. Л., Каюмова А. Н. Совместные замеры напряженного состояния и модуля упругости породного массива при проходке шахтных стволов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 3-1. — С. 21—36. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-31-0-21-36.

20. Харисов Т. Ф., Балек А. Е., Озорнин И. Л. Обоснование регламента проходки параллельных взаимовлияющих выработок в напряженных трещиноватых скальных массивах // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2020. — Т. 331. — № 10. — C. 71—79.

21. Овчинникова Т. И., Потоцкий Е. П., Фирсова В. М. Риск-ориентированный подход при оценке опасностей в горной промышленности // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 2-1. — С. 199—208. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-21-0199-208.