Оценка влияния угла падения литологически неоднородной прослойки пород на устойчивость горизонтальной горной выработки при ее проходке

Рассмотрены условия литологического строения Хибинского массива, включая расположение и строение комплекса даек. Представлены результаты исследования изменения напряженно-деформированного состояния массива на контуре одиночной горизонтальной выработки, пройденной на глубине 300 м в тектонически напряженном массиве горных пород, с включением литологической неоднородности. Анализ напряженно-деформированного состояния производился в зависимости от угла падения, а также физико-механических свойств пород дайки. Исследование напряженно-деформированного состояния отслеживалось до пересечения дайки, непосредственно в дайке и при удалении от нее по трем контрольным точкам: в кровле выработки, пяте свода, боку выработки. Кроме этого, были определены коэффициент концентрации напряжений до и после полной проходки выработки, а также деформации контура выработки. Задача была решена в объемной постановке с помощью численного моделирования методом конечных элементов в программном комплексе Abaqus CAE. Сделаны выводы о наиболее благоприятном направлении проходки выработки при подсечке литологической неоднородности, а также вынесено предположение о наличии зоны влияния дайки на устойчивость горной выработки.

Басалаева П. В., Куранов А. Д. Оценка влияния угла падения литологически неоднородной прослойки пород на устойчивость горизонтальной горной выработки при ее проходке // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 3. – С. 17–30. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_3_0_17.

Басалаева Полина Вячеславовна — аспирант, Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, e-mail: basalaeva_pv@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-6473-9926,
Куранов Антон Дмитриевич — канд. техн. наук, директор по науке и инновационной деятельности, АО «Гипроцветмет», e-mail: a.kuranov@g-cm.ru, ORCID ID: 0000-0002-2032-4446.

Басалаева П.В., e-mail: basalaeva_pv@pers.spmi.ru.

1. Korchak P. Investigation of regularities of brittle fracture formation around mine workings in overstressed rocks at the mines of Kirovsk branch of JSC «Apatit» // E3S Web of Conferences. 2018, vol. 56, article 02023. DOI: 10.1051/e3sconf/20185602023.

2. 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: 10.25018/0236_1493_2022_62_0_47.

3. Karasev M. A., Protosenya A. G., Katerov A. M., Petrushin V. V. Analysis of shaft lining stress state in anhydrite-rock salt transition zone // Rudarsko Geolosko Naftni Zbornik. 2022, vol. 12, pp. 151—162. DOI: 10.17794/rgn.2022.1.13.

4. Протосеня А. Г., Алексеев А. В., Вербило П. Э. Прогноз напряженно-деформированного состояния и устойчивости лба забоя тоннеля при пересечении нарушенных зон грунтового массива // Записки Горного института. — 2022. — Т. 254. — С. 252—260. DOI: 10.31897/ PMI.2022.26.

5. Petrov D. N., Zubkov V. P. Influence of stope sill design on the loss from freezing of muck during ore drawing in conditions of negative temperatures in the working excavation // Russian Mining Industry. 2023, vol. 2, pp. 57—61. DOI: 10.30686/1609-9192-2023-2-57-61.

6. Корчак П. А. Геомеханический прогноз развития зон хрупкого разрушения в окрестности сопряжения горных выработок в перенапряженном породном массиве // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 5. — С. 85—98. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_5_0_85.

7. Онохин Ф. М. Особенности структуры Хибинского массива и апатит-нефелиновых месторождений. — Л.: Наука, 1975. — 106 с.

8. Турчанинов И. А., Воларович М. П., Бондаренко А. Т., Ковалева Г. А., Медведев Р. В., Томашевская И. С., Тюремнов В. А. Атлас физических свойств минералов и пород Хибинских месторождений. — Л.: Наука, 1975. — 71 с.

9. Турчанинов И. А., Марков Г. А., Иванов В. И., Козырев А. А. Тектонические напряжения и устойчивость горных выработок. — Л.: Наука, 1978. — 256 с.

10. Козырев А. А., Жиров Д. В., Климов С. А., Семенова И. Э., Аветисян И. М., Савченко С. Н. 3D-моделирование структурных неоднородностей породных массивов центрального типа фенноскандинавского кристаллического щита / Геомеханические поля и процессы: экспериментально-аналитические исследования формирования и развития очаговых зон катастрофических событий в горнотехнических и природных системах. Т. 2 — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2019. — 543 с. DOI: 10.15372/GEOMECHANICAL2019OVN.

11. Козырев А. А., Земцовский А. В., Кулькова М. С., Соннов М. А. Опыт применения CAE Fidesys при разработке численных геомеханических моделей Ждановского месторождения // Горная промышленность. — 2021. — № 6. — С. 94—98. DOI: 10.30686/1609-9192-2021-6-94-98.

12. Корчак П. А., Карасев М. А. Геомеханическое обоснование формирования зон хрупкого разрушения пород в окрестности сопряжений горных выработок рудников АО «Апатит» // Устойчивое развитие горных территорий. — 2023. — Т. 15. — № 1. — С. 67—80. DOI: 10.21177/19984502-2023-15-1-67-80.

13. Марысюк В. П., Шиленко С. Ю., Андреев А. А., Шабаров А. Н. Методика расчета межскважинных целиков для формирования защищенных зон в условиях удароопасных месторождений Талнаха // Горный журнал. — 2023. — № 1. — С. 106—112. DOI: 10.17580/gzh.2023.01.18.

14. Беляков Н. А., Морозов К. В., Емельянов И. А. Методика обработки данных полевых испытаний по оценке естественного напряженного состояния горного массива методом кольцевой разгрузки // Горный журнал. — 2023. — № 5. — С. 89—96. DOI: 10.17580/gzh.2023.05.13.

15. Сабянин Г. В., Алборов А. Э., Андреев А. А., Румянцев А. Е. Выбор оптимального месторасположения скважины для оценки напряженного состояния геомеханическим методом по дискованию керна // Горный журнал. — 2022. — № 10. — С. 58—63. DOI: 10.17580/gzh.2022.10.09.

16. Jingyuan W., Xianghui D., Weiping C. Numerical analysis on the stability of layered surrounding rock tunnel under the conditions of different inclination angle and thickness // American Journal of Traffic and Transportation Engineering. 2019, vol. 4, no. 2, pp. 67—74. DOI: 10.11648/j.ajtte.20190402.14.

17. Jenck O., Dias D. Analyse tridimensionnelle en différences finies de l'interaction entre une structure en béton et le creusement d'un tunnel à faible profondeu // Geotechnique. 2004, vol. 54, no. 8, pp. 519—528. DOI: 10.1680/geot.2004.54.8.519.

18. Zhang J., Kuang M., Zhang Y., Feng T. Evaluation and analysis of the causes of a landslide and treatment measures during the excavation of a tunnel through a soil-rock interface // Engineering Failure Analysis. 2021, vol. 130, article 105784. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2021.105784.

19. Ngoc Anh Do, Daniel Dias, van Diep Dinh, Tien Tung Tran, van Canh Dao, Dao Viet Doan, Phuc Nhan Nguyen Behavior of noncircular tunnels excavated in stratified rock masses — Case of underground coal mines // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2019, vol. 11, no. 1, pp. 99—110. DOI: 10.1016/j.jrmge.2018.05.005.

20. Sun X., Feng Chen, Miao Ch., Song P., Li G., Zhao Ch., Xia X. Physical modeling of deformation failure mechanism of surrounding rocks for the deep-buried tunnel in soft rock strata during the excavation // Tunnelling and Underground Space Technology. 2018, vol. 74, pp. 247—261. DOI: 10.1016/j.tust.2018.01.022.

21. Nunes M. A., Meguid M. A. A study on the effects of overlying soil strata on the stresses developing in a tunnel lining // Tunnelling and Underground Space Technology. 2009, vol. 24, pp. 716— 722. DOI: 10.1016/j.tust.2009.04.002.

22. Zhang D., Huang H., Hu Q., Jiang F. Influence of multi-layered soil formation on shield tunnel lining behavior // Tunnelling and Underground Space Technology. 2015, vol. 47, pp. 123—135. DOI: 10.1016/j.tust.2014.12.011.

23. Деменков П. А., Романова Е. Л., Котиков Д. А. Исследование формирования напряженно-деформированного состояния крепи вертикального ствола и вмещающего массива горных пород в условиях неравномерности его контура // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 11. — С. 33—48. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_11_0_33.

24. Попов М. Г. Прогнозирование устойчивости выработок при пересечении нарушенных зон породного массива // Записки Горного института. — 2012. — Т. 199. — С. 51—54.

25. Черданцев Н. В. Исследование состояния анизотропного массива горных пород в окрестности выработки, пройденной вблизи дизъюнктивного нарушения // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. — 2017. — № 2. — С. 34—40.

26. Петров Д. Н., Моисеев В. И., Ларионов Р. И. Напряженно-деформированное состояние пород вокруг одиночной выработки в неоднородном массиве // Записки Горного института. — 2006. — Т. 168. — С. 231—234.

27. Vásárhelyi B., Kovács D. Empirical methods of calculating the mechanical parameters of the rock mass // Periodica Polytechnica Civil Engineering, 2017, vol. 61, no. 1, pp. 39—50. DOI: 10.3311/ PPci.10095.

28. Заславский Ю. З. Исследование проявлений горного давления в капитальных выработках глубоких шахт Донецкого бассейна. — М.: Недра, 1966. — 180 с.

29. Verbilo P., Karasev M., Belyakov N., Iovlev G. Experimental and numerical research of jointed rock mass anisotropy in a three-dimensional stress field // Rudarsko-Geološko-Naftni Zbornik. 2022, vol. 37, no. 2, pp. 109—122. DOI: 10.17794/rgn.2022.2.10.

30. Protosenya A., Vilner M. Assessment of excavation intersections’ stability in jointed rock masses using the discontinuum approach // Rudarsko-Geološko-Naftni Zbornik. 2022, vol. 37, no. 2, pp. 137—147. DOI: 10.17794/rgn.2022.2.12.