Методика расчета параметров стабилизации неустойчивых горных массивов

В условиях подземной разработки угольных месторождений ключевым фактором безопасного и эффективного ведения горных работ выступает устойчивость горных выработок, которая во многом определяется состоянием околовыработочного массива. Особенно значимым этот аспект становится в зонах тектонических нарушений, переслаивания и перемятых углей и пород, где повышается риск деформаций и разрушений. Представлена научно обоснованная методика расчета технологических параметров упрочнения неустойчивых массивов горных пород путем инъекционного нагнетания полимерных смол с учетом реологических, фильтрационных и прочностных характеристик среды. Проведен комплексный анализ применения полиуретановых и карбамидных смол, включающий исследование их адгезионных свойств, проникающей способности, влияния на геометрию фильтрационных каналов, радиуса эффективного действия и предельных значений нагнетательных давлений. На основе полученных данных предложены расчетные зависимости для обоснованного выбора расстояния между шпурами, продолжительности инъектирования и удельного расхода смолы. Особое внимание уделено подбору многокомпонентных составов с использованием вторичных продуктов и отходов промышленности, что повышает экономическую эффективность и экологичность технологии. Представленные результаты подтверждены стендовыми и шахтными испытаниями в условиях Карагандинского угольного бассейна и могут служить практической основой при проектировании систем крепления и ведения горных работ в осложненных горно-геологических условиях.

Мусин Р. А., Гончаренко С. Н., Ахматнуров Д. Р., Демин В. Ф., Замалиев Н. М. Методика расчета параметров стабилизации неустойчивых горных массивов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 4. – С. 58–73. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_4_0_58.

Исследование финансировалось Комитетом науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан в рамках программно-целевого финансирования для реализации научных и научно-технических программ ИРН BR24992803.

Мусин Равиль Альтавович¹ — доктор PhD, доцент, e-mail: R.A.Mussin@mail.ru,
Гончаренко Сергей Николаевич — д-р техн. наук, профессор, НИТУ «МИСиС», e-mail: gsn@misis.ru,
Ахматнуров Денис Рамильевич¹ — зав. лабораторией, e-mail: d.akhmatnurov@gmail.com,
Демин Владимир Федорович¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: vladfdemin@mail.ru,
Замалиев Наиль Мансурович¹ —  доктор PhD, доцент, e-mail: nailzamaliev@mail.ru,
¹ Карагандинский технический университет имени Абылкаса Сагинова, Караганда, Казахстан.

Ахматнуров Д.Р., e-mail: d.akhmatnurov@gmail.com.

1. Цибаев С. С., Ренев А. А., Цин-дуо Ван, Фэн-хай Ю. Анализ типичных форм деформаций массива окружающих пород при восстановлении крепи горных выработок // Известия Томского политехнического университета. Георесурсы и инжиниринг. — 2021. — Т. 332. — № 11. — С. 223—232. 

2. Tsibaev S., Renev A., Zainulin R., Kucherenko A. Analysis of rock mass and rock bolt support element deformations during long-term maintenance of mine workings // V International Innovative Mining Symposium. 2020, vol. 174, article 01001. DOI: 10.1051/e3sconf/202017401001.

3. Akhmatnurov D., Zamaliyev N., Mussin R., Demin V., Ganyukov N., Zagórski K., Skrzypkowski K., Korzeniowski W., Stasica J. Optimization of reinforcement schemes for stabilizing the working floor in coal mines based on an assessment of its deformation state // Materials. 2025, vol. 18, no. 13, article 3094. DOI: 10.3390/ma18133094.

4. Snuparek R., Soucek K. Polyurethane geocomposites. Mechanical properties and deformation / International Mine Water Association Proceedings. 1999, pp. 657—661.

5. Shreedharan S., Kulatilake P. H. S. W. Discontinuum — equivalent continuum analysis of the stability of tunnels in a deep coal mine using the distinct element method // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2016, no. 49, no. 5, pp. 1903—1922. DOI: 10.1007/s00603-015-0878-4.

6. Sabri M. M., Shashkin K. G. Improvement of the soil deformation modulus using an expandable polyurethane resin // Magazine of Civil Engineering. 2018, vol. 83, no. 7, pp. 222—234. DOI: 10.18720/MCE.83.20.

7. Filimonov K., Zorkov D., Tsibaev S., Kucherenko A. Rock pressure manifestation in development workings advanced in a thick coal seam // E3S Web of Conferences. 2020, vol. 174, article 01037. DOI: 10.1051/e3sconf/202017401037.

8. Qiu D., He Y., Yu Z. Investigation on compression mechanical properties of rigid polyurethane foam under random vibration // Materials. 2019, vol. 12, no. 20. DOI: 10.3390/ma12203385.

9. Purcell J., Vandermaat D., Callan M., Craig P. Practical investigations into resin anchored roof bolting parameters / 16th Coal Operators' Conference. 2016, pp. 53—63.

10. Bierman R., Gardner L., Piper P. An evaluation of the bond strength of resin bolt and capsule combinations / Deep Mining 2019: Proceedings of the Ninth International Conference on Deep and High Stress Mining. 2019, pp. 175—190. DOI: 10.36487/ACG_rep/1952_14_Bierman.

11. Gardner L., Fox M., Conley N. Selecting support for new mine development — case study from Impala Platinum Ltd / 7th International Symposium on Ground Support. 2013, pp. 411—420.

12. Вахрамеев И. И. Физико-механические свойства горных пород. — М.: Недра, 1982. — 248 с.

13. Yuxuan J. Quantitative study on the effect of shotcrete and anchor support. Changsha: Hunan University, 2019, pp. 11—30.

14. Gale W. J., Fabjanczyk M. W., Guy R. J. Optimization of reinforcement design of coal mine roadways / 11th International Conference on Ground Control in Mining. 1992, pp. 272—279. 

15. Esterhuizen G. S., Tulu I. B. Analysis of alternatives for using cable bolts // International Journal of Mining Science and Technology, 2015. DOI: 10.1016/j.ijmst.2015.11.005

16. Akhmatnurov D. R., Zamaliyev N. M., Demin V. F., Ganyukov N. Y. Modeling the stability of mining excavations // Mining Journal of Kazakhstan. 2025, no. 2, pp. 18—23. DOI: DOI: 10.48498/minmag.2025.238.2.007.

17. Phanthoudeth P., Sasaoka T., Shimada H., Ulaankhuu B. Numerical study on roadway stability // GSTF Journal of Geological Sciences. 2016, vol. 3, no. 1, pp. 15—23. DOI: 10.5176/2335-6774_3.1.26. 

18. Zhu W., Xu J., Xu G. Mechanism and control of roof fall near recovery roadways // Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2017, vol. 117, no. 11, pp. 1063—1072. DOI: 10.17159/2411-9717/2017/v117n11a11.

19. Karampinos E., Hadjigeorgiou J., Pierce M. Rock reinforcement in 3D DEM models // Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2018, vol. 118, no. 12, pp. 1243—1250. DOI: 10.17159/2411-9717/2018/v118n12a2.

20. Замалиев Н. М., Ахматнуров Д. Р., Мусин Р. А., Жангиров Ж. Ж. Анкер для укрепления грунта и крепления оборудования в горных выработках. Патент. Рег. № 2025/1032.2 от 08.07.2025. Входящий № 2025-40589 от 08.07.2025. Штрих-код № 3593494. № 11076.

21. Демин В. Ф., Абеуов Е. А., Ахматнуров Д. Р., Мусин Р. А., Замалиев Н. М. Технология применения податливых анкеров с комбинированным закреплением в эксплуатационных выработках // Уголь. — 2025. — № 2. — С. 100—105. DOI: 10.18796/0041-5790-2025-2-100-105.

22. Xuefu Y. Axial deformation theory and failure laws of surrounding rock // Uranium Mining and Metallurgy. 1982, vol. 1, no. 1, pp. 7—14.