Моделирование процесса сводообразования над горизонтальной выработкой в скальных слоистых породах при различных углах падения пласта

Прогнозирование величины нагрузки на крепь выработки и определение ее влияния на структуру и параметры крепи является необходимым для внедрения современных технологий проведения горных выработок. Рассмотрено прогнозирование нагрузки на крепь горизонтальной горной выработки, проведенной в скальных слоистых породах, с учетом величины угла падения породы относительно поперечного сечения выработки и величины сопротивления отрыву породы в направлении, перпендикулярном слоям. В настоящее время объем породы, давящий на крепь горизонтальной горной выработки, определяется по методикам, разработанным на основе теории естественного сводообразования. Предполагается, что порода состоит из раздробленных частиц, между которыми существует внутреннее трение, сцепление и сопротивление отрыву, то есть идентифицируется как среда Шведова-Бингама. Разработанные на основе данной теории модели и методики определения нагрузки на крепь отличаются различными коэффициентами и уточнениями, введение которых направлено на учет физико-механических свойств породы в окрестностях выработки, способов проходки, срока эксплуатации выработки и других факторов. Целью данной работы является исследование напряженно-деформированного состояния хрупких слоистых пород над горизонтальной выработкой при различных углах падения слоев породы и физико-механических свойствах породы. Установлено их влияние на величину предельно допустимых размеров пролетов выработок из условия реализации остаточной несущей способности пород. Получена зависимость величины угла отрыва части породы над выработкой от угла падения пласта породы. Установлено, что с увеличением угла падения пласта породы угол отрыва части породы над выработкой уменьшается.

Евстратов В. А., Воронова Э. Ю., Луганцев Б. Б., Холодова Л. А. Моделирование процесса сводообразования над горизонтальной выработкой в скальных слоистых породах при различных углах падения пласта // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 8. – С. 31–40. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_8_0_31.

Евстратов Владимир Александрович¹ — д-р техн. наук, профессор, профессор, e-mail: vae602@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0001-9531-2557, 
Воронова Элеонора Юрьевна¹ — д-р техн. наук, доцент, зав. кафедрой, e-mail: eleonora_sam_ti@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-4721-4570, 
Луганцев Борис Борисович — д-р техн. наук, профессор, действительный член Академии горных наук, председатель совета директоров, ООО «Шахтинский научно-исследовательский и проектно-конструкторский угольный институт» (ООО «ШахтНИУИ»), e-mail: boris4721@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-8296-7922,
Холодова Людмила Александровна¹ — старший преподаватель, e-mail: holodova0420@yandex.ru, ORCID ID: 0009-0003-9726-399X, 
¹ Шахтинский автодорожный институт (филиал) Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) имени М.И. Платова, Шахты, Россия. 

Евстратов В.А., e-mail: vae602@yandex.ru.

1. Ritter W. Die Static der Tunnel-Gewolbe. Berlin, 1879. p.347.

2. Протодьяконов М. М. Давление горных пород и рудничное крепление. Ч. 2. Рудничное крепление. — М.; Ленинград; Новосибирск: Госгориздат, 1933. — 222 с.

3. Петренко В. Д., Тютькин А. Л., Петренко В. И. Обзор аналитических и экспериментальных методов исследования взаимодействия массива и крепи // Мосты и тоннели: теория, исследования, практика. — 2012. — № 1. — С. 75—81.

4. Schulz F. Untersuchungen fiber die dimensionen der sicherheitspfeiler. Zeitschrfur das Berg-Hfitten und Solinenwesen im Preussichen Staate, 1867. p.86.

5. Вознесенский А. С., Кидима-Мбомби Л. К. Формирование синтетических структур и текстур горных пород при их моделировании в среде COMSOL Multiphysics // Горные науки и технологии. — 2021. — № 6(2). — С. 65—72. DOI: 10.17073/2500-0632-2021-2-65-72

6. Шапошник Ю. Н., Неверов С. А., Неверов А. А., Конурин А. И. Рейтинговая оценка массива горных пород Ведугинского месторождения // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2020. — Т. 7. — № 1. — С. 202—208. DOI: 10.15372/FPVGN 2020070131.

7. Демин В. Ф., Немова Н. А., Демина Т. В. Аналитическое моделирование геомеханических процессов в приконтурном массиве горных выработок // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: техника и технологии. — 2015. — Т. 8. — № 1. — С. 74—97.

8. 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.

9. Паньков И. Л., Морозов И. А. Деформирование соляных пород при объемном многоступенчатом нагружении // Записки Горного института. — 2019. — Т. 239. — С. 510—519. DOI: 10.31897/pmi.2019.5.510. 

10. Reedlunn B., Guadalupe Argüello J., Hansen F. D. A reinvestigation into Munson’s model for room closure in bedded rock salt // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2022, vol. 151, article 105007. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2021.105007.

11. Демин В. Ф., Портнов В. С., Демина Т. В., Жумабекова А. Е. Исследование деформированного состояния приконтурного углепородного массива вокруг горной выработки с анкерным креплением // Уголь. — 2019. — № 7. — С. 72—77. DOI: 10.18796/0041-5790-2019-7-72-77.

12. 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.

13. 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.

14. Игнатьев С. А., Судариков А. Е., Имашев А. Ж. Современные математические методы прогноза условий поддержания и крепления горных выработок // Записки Горного института. — 2019. — Т. 238. — С. 371—375. DOI: 10.31897/PMI.2019.4.371. 

15. Трушко В. Л., Протосеня А. Г., Очкуров В. И. Прогнозирование геомеханически безопасных параметров очистных забоев при разработке богатых железных руд в сложных горно-геологических условиях // Международный журнал прикладных инженерных исследований. — 2016. — № 11(22). — С. 11095—11103. 

16. Казанин О. И., Ильинец А. А. Обеспечение устойчивости выемочных выработок при подготовке выемочных участков пологих угольных пластов тремя выработками // Записки Горного института. — 2022. — Т. 253. — С. 41—48. DOI: 10.31897/PMI.2022.1. 65. 

17. 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.

18. Fazioa N. L., Perrottia M., Lollinoa P., Pariseb M., Vattanoc M., Madoniac G., Di Maggio C. A three-dimensional back-analysis of the collapse of an underground cavity in soft rocks // Engineering Geology. 2017, vol. 228, pp. 301—311. DOI: 10.1016/j.enggeo.2017.08.014.

19. 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.

20. Zhang S., Jin Q., Hu M., Han Q., Sun J., Cheng F., Zhang X. Differential structure of Ordovician karst zone and hydrocarbon enrichment in paleogeomorphic units in Tahe area, Tarim Basin, NW China // Petroleum Exploration and Development. 2021, vol. 48, no. 5, pp. 1113—1125. DOI: 10.1016/ S1876-3804(21)60095-2.

21. Евстратов В. А., Воронова Э. Ю., Луганцев Б. Б., Исаков В. С., Холодова Л. А. Математическая модель прогнозирования нагрузки на крепь горизонтальной горной выработки // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2025. — № 3. — С. 54—63. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_3_0_54.

22. Голик В. И. Определение безопасных пролетов выработок с использованием несущей способности пород при разработке месторождений // Горная промышленность. — 2024. — № 5S. — 59—63. DOI: 10.30686/1609-9192-2024-5S-59-63.