Применение математической модели уплотнения горных пород при оценке ведения работ в условиях тектонически-напряженных зон

Представлена разработанная математическая модель уплотнения горных пород, предназначенная для оценки безопасности ведения работ при добыче угля. Данная модель разработана для условий ведения горных работ в тектонически-напряженных зонах, вблизи геологических нарушений. Разработанная математическая модель позволяет учесть дополнительные модули деформации: секущий модуль, модуль деформации при нагружении образца при всестороннем сжатии и модуль общей деформации при трехосной разгрузке. Приведены примеры собственного решения в сравнении с оценкой НДС вблизи одиночного разлома и совместного влияния двух нарушений с учетом горизонтальных тектонических составляющих горного давления. Решена задача по распределению значений изгибающих моментов, приводящих к искривлению секций крепи вдоль контуров трех горных выработок с учетом их взаимного влияния. Также было рассчитано распределение напряжений вокруг очистных выработок при действии тектонических и гравитационных сил. Представленные результаты моделирования по разработанной математической модели хорошо согласуются с результатами расчетов Н.Н. Фотиевой, И.А. Турчанинова и В.Н. Морозова, выполненных для определения нагрузок в окрестности выработок, оценки влияния гравитационной и тектонической составляющей горного давления, а также для оценки влияния нарушений. Предложенная математическая модель уплотнения горных пород находит применение при осуществлении регионального прогноза на глубоких горизонтах угольных шахт в условиях тектонически напряженных зон.

Ключевые слова: шахта, безопасность, горный удар, математическая модель, горные породы, тектонически напряженные зоны, напряженно-деформированное состояние, глубокие горизонты, модель уплотнения горных пород, тектонические нарушения, модули деформации.
Как процитировать:

Пугач А. С. Применение математической модели уплотнения горных пород при оценке ведения работ в условиях тектонически-напряженных зон // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 6. – С. 167–181. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_6_0_167.

Благодарности:
Номер: 6
Год: 2022
Номера страниц: 167-181
ISBN: 0236-1493
UDK: 622.02:51-74:51-72
DOI: 10.25018/0236_1493_2022_6_0_167
Дата поступления: 25.01.2022
Дата получения рецензии: 09.02.2022
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 10.05.2022
Информация об авторах:

Пугач Александр Сергеевич — старший преподаватель, ГИ НИТУ «МИСиС», e-mail: as.pugach@misis.ru, Alpugach@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-9353-4567.

 

Контактное лицо:
Список литературы:

1. Пучков Л. А., Каледина Н. О., Кобылкин С. С. Естественнонаучный анализ рисков развития кризисных процессов // Горный журнал. — 2015. — № 5. — С. 4—7. DOI: 10.17580/gzh.2015.05.01.

2. Каледина Н. О., Коликов К. С., Кобылкин С. С. Кафедра Безопасности и экологии горного производства: прошлое, настоящее и будущее // Горный журнал. — 2018. — № 3. — С. 21—28. DOI: 10.17580/gzh.2018.03.04.

3. Malinnikova O., Uchaev D., Uchaev D., Malinnikov V. The study of coal tectonic disturbance using multifractal analysis of coal specimen images obtained by means of scanning electron microscopy // E3S Web of Conferences. 2019, vol. 129, no. 2, article 01017. DOI: 10.1051/ e3sconf/201912901017.

4. Zakharov V. N., Malinnikova O. N. Modeling geomechanical and geodynamic behavior of miningaltered rock mass with justifying mechanisms of initiation and growth of failure zones / Geomechanics and Geodynamics of Rock Masses: Selected Papers from the 2018 European Rock Mechanics Symposium. CRC Press, 2018, pp. 167—180.

5. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Инструкция по прогнозу динамических явлений и мониторингу массива горных пород при отработке угольных месторождений» [Электронный ресурс]: Приказ Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 10 декабря 2020 года № 515. Доступ из Электронного фонда правовых и нормативных документов.

6. Tianwei L., Hongwei Z., Sheng L., Jun H., Weihua S., Batugin A. S., Guoshui T. Numerical study on 4—1 coal seam of xiaoming mine in ascending mining // Scientific World Journal. 2015, no. 3, article 516095. DOI: 10.1155/2015/516095.

7. Lan T., Sun J., Batugin A. S., Zhao W., Zhang M., Jia W., Zhang Z. Dynamic characteristics of fault structure and its controlling impact on rock burst in mines // Shock and Vibration. 2021, vol. 2021, article 7954876. DOI: 10.1155/2021/7954876.

8. Lan T., Zhang H., Li S., Batugina I., Batugin A. Application and development of the method of geodynamic zoning according to geodynamic hazard forecasting at coal mines in China // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019, vol. 221, no. 1, article 012088. DOI: 10.1088/1755-1315/221/1/012088.

9. Прогнозирование зон возможной тектонической нарушенности, www.micromine. ru. 2017. URL: https://www.micromine.ru/possible-zones-of-tectonic-disturbance-prediction/ (дата обращения: 31.12.2021).

10. Kovtanyuk L. V., Panchemko G. L. On compression of a heavy compresible layer of an elastoplastic or elastoviscoplastic medium // Mechanics of Solids. 2017, vol. 52, no. 6, pp. 653—662. DOI: 10.3103/S002565441706005X.

11. Устинов Д. В. Влияние выбора модели вмещающего массива на результаты моделирования проходки перегонных тоннелей метрополитена // Геотехника. — 2018. — Т. 10. — № 5-6. — С. 34—50.

12. Курленя М. В., Серяков В. М., Еременко А. А. Техногенные геомеханические поля напряжений. — Новосибирск: Наука, 2005. — 264 с.

13. Справочник (кадастр) физических свойств горных пород / Под ред. Н. В. Мельникова, В. В. Ржевского, М. М. Протодьяконова. — М.: Недра, 1975. — 279 с.

14. Яковлев Д. В., Цирель С. В., Мулев С. Н. Закономерности развития и методика оперативной оценки техногенной сейсмической активности на горных предприятиях и в горнодобывающих регионах // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2016. — № 2. — С. 34—47.

15. Kondner R. L., Zelasko J. S. A hyperbolic stress-strain formulation of sands / Proceedings of the 2nd Pan American Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. 1963, vol. 1, pp. 289—324.

16. Duncan J. M., Chang C.-Y. Nonlinear analysis of stress and strain in soil // Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division. 1970, vol. 96, pp. 1629—1653.

17. Janbu J. Soil compressibility as determined by oedometer and triaxial tests / Proceedings of European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering (ECSMFE), Wiesbaden, 1963, vol. 1, pp. 19—25.

18. Von Soos P. Properties of soil and rock / Grundbautaschenbuch, Part 4. 4th ed. Berlin: Ernst and Sohn, 1980.

19. Fotieva N. N., Bulychev N. S., Deev P. V., Vladova V. V. Design of support of multiple non-circular workings in tectonic areas // Archives of Mining Sciences. 2008, vol. 53, no. 3, pp. 361—370.

20. Марков Г. А. Тектонические напряжения и горное давление в рудниках Хибинского массива. — Л.: Наука, 1977. — 213 с.

21. Михайлов Ю. В., Морозов В. Н., Татаринов В. Н., Колесников И. Ю. Безопасность жизнедеятельности. Моделирование и анализ полей напряжений в породных массивах: практикум. — М.: Изд-во МГОУ, 2011. — 53 с.

22. Кобылкин С. С., Харисов А. Р. Особенности проектирования вентиляции угольных шахт, применяющих камерно-столбовую систему разработки // Записки Горного института. — 2020. — Т. 245. — С. 531—538. DOI: 10.31897/PMI.2020.5.

Наши партнеры

Подписка на рассылку

Раз в месяц Вы будете получать информацию о новом номере журнала, новых книгах издательства, а также о конференциях, форумах и других профессиональных мероприятиях.