|
Геомеханічна оцінка впливу закладного масиву на стійкість
виїмкового штреку при розробці тонких вугільних пластів
М.В. Петльований1*,
Д.С. Малашкевич1, К.С. Сай1
1Національний технічний
університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна
*Відповідальний автор: e-mail: petlyovany@ukr.net
Фізико-технічні проблеми
гірничого виробництва, 2022, (24), 53-66.
https://doi.org/10.37101/ftpgp24.01.005
full text (pdf)
ABSTRACT (IN UKRAINIAN)
Мета. Дослідження впливу
формування закладного породного масиву у виробленому просторі лави на геомеханічну ситуацію масиву гірських порід навколо
виїмкового штреку.
Методика. Для досягнення мети
використано чисельне моделювання методом скінченних елементів за допомогою
програмного комплексу SolidWorks. Досліджувалась геомеханічна ситуація навколо виїмкового штреку, що
повторно використовується, при традиційній технології видобутку з повним обваленням
порід покрівлі й охоронною конструкцією та технологія з формуванням
закладного масиву у виробленому просторі лави. Геомеханічна
оцінка надавалась на основі вивчення вертикальної компоненти напружень.
Результати. Обґрунтовано геомеханічні моделі для вивчення напруженого стану
масиву навколо виїмкових штреків при порівнювальних варіантах відпрацювання
вугільного пласта. Встановлено, що формування закладного масиву в
порівняння з варіантом «повне обвалення + охоронна конструкція»
суттєво зменшує величину розтягуючих напружень у
покрівлі штреку, розтягуючих напружень у підошві
штреку та величину напружень у покрівлі й підошві над охоронною
конструкцією. Встановлено, що при формуванні закладного масиву значно
збільшується до рівня непорушеного масиву розмір зони розвантаження в
породах покрівлі та підошві штреку і розмір зони стискаючих напружень в
породах над та під охоронною конструкцією.
Наукова новизна. Виявлено
особливості характеру розподілу напружень в масиві гірських порід при
формуванні закладного масиву з шахтних порід у виробленому просторі лави,
що свідчить про більш сприятливі умови підтримання виїмкових штреків позаду
очисного вибою, ніж варіант з повним обваленням
порід та спорудженням охоронної конструкції.
Практична значимість. Формування породної
закладної смуги у виробленому просторі очисних вибоїв
дозволяє зменшити інтенсивність гірського тиску та зберегти виїмкову
виробку у задовільному стані для повторного її використання.
Ключові
слова: виїмкових
штрек, геомеханічна модель, чисельне моделювання,
напруження, гірський масив, закладний масив, повне обвалення, охоронна
конструкція
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Zhou, B., Yan, Y., Dai, H., Kang, J., Xie, X., & Pei, Z.
(2022). Mining subsidence
prediction model and parameters inversion in mountainous areas. Sustainability, 14(15), 9445. https://doi.org/10.3390/su14159445
2. Petlovanyi, M.V., Zubko,
S.A., Popovych, V.V., & Sai,
K.S. (2020). Physicochemical mechanism
of structure formation and strengthening in the backfill massif when filling underground cavities. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, (6), 142-150. https://doi.org/10.32434/0321-4095-2020-133-6-142-150
3. Zhu, W., Xu, J., Xu, J., Chen, D., & Shi, J. (2017). Pier-column backfill mining technology for controlling surface subsidence. International
Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, (96), 58-65. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2017.04.014
4. Петльований, М.В., & Гайдай, О.А. (2017). Аналіз
накопичення і систематизація породних відвалів вугільних шахт, перспективи
їх розробки. Геотехнічна механіка, (136), 147-158.
5. Ghirian, A., & Fall, M.
(2017). Properties of cemented paste backfill. Paste Tailings Management,
59-109. https://doi.org/10.1007/978-3-319-39682-8_4
6. Kuzmenko O., & Petlovanyi,
M. (2015). Substantiation the
expediency of fine gridding of cementing material during backfill works. Mining of Mineral Deposits, 9(2),
183-190. https://doi.org/10.15407/mining09.02.183
7. Кузьменко, А.М.,
Петлёваный, М.В., & Усатый,
В.Ю. (2015). Твердеющая закладка при отработке рудных крутых залежей в сложных горно-геологических условиях. Днепропетровск:
Национальный горный университет, 140 с.
8. Малашкевич, Д.С., Петльований,
М.В., & Сай, К.С. (2021). Визначення
раціональних параметрів зведення закладних масивів при селективній
технології виймання тонких вугільних пластів. Наукові праці ДонНТУ. Серія Гірничо-геологічна, 1(25)-2(26),
28-36. https://doi.org/10.31474/2073-9575-2021-1(25)-2(26)-28-36
9. Zhou, N., Zhang, J., Ouyang, S., Deng, X., Dong, C., & Du, E.
(2020). Feasibility study
and performance optimization of sand-based cemented paste backfill materials. Journal of Cleaner Production, (259), 120798. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.120798
10. Бондаренко,
В.І., Ковалевська, І.А., Симанович, Г.А., Вівчаренко, О.В., Малихін,
О.В., & Гусєв. О.С. (2014). Геомеханіка навантаження і розрахунок
параметрів кріпильної й охоронної систем підготовчих виробок шахт Західного
Донбасу. Дніпропетровськ: ЛізуновПрес, 228 с.
11. Солодянкін, О.В., Дудка, І.В., Терещук, Р.М., &
Григор’єв, О.Є. (2017). Охорона підготовчих виробок, що використовують
повторно, в умовах антрацитових шахт. Дніпро: Національний гірничий
університет, 161 с.
12. Гріньов, В.Г., Хорольський,
А.О., & Виноградов. Ю.О. (2019). Технологічні аспекти спорудження
виробок у складних гідрогеологічних умовах. Геотехнічна механіка,
(149), 132-141.
13. Sakhno, I.G., Sakhno, S.V.,
& Kamenets, V.I. (2022). Stress
environment around head entries with pillarless gobside entry retaining through numerical simulation incorporating the two type of
filling wall. IOP Conference Series: Earth and Environmental
Science, 1049(1), 012011. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1049/1/012011
14. Курносов, С.А., Осенний,
В.Я., Задерий, В.В., Цикра,
А.А., & Аверкин, Д.И. (2015). Исследование влияния способов сооружения бетонных околоштрековых полос
на их прочностные и деформационные параметры. Геотехнічна
механіка, (122), 95-106.
15. Бузило, В.И., Сулаев, В.И., Кошка, А.Г.,
& Яворский, А.В. (2013). Технология
отработки тонких пластов
с закладкой выработанного
пространства. Днепропетровск:
Национальный горный университет, 124 с.
16. Petlovanyi, М.V., Мalashkevych,
D.S., & Sai, K.S. (2020). The
new approach to creating progressive and low-waste mining technology for thin coal seams.
Journal of Geology, Geography and Geoecology, 29(4),
765-775. https://doi.org/10.15421/112069
17. Малашкевич, Д.С., Петольований,
М.В., & Пойманов, С.М. (2021). Спосіб
закладки виробленого простору. Патент на корисну модель № 147810.
18. Bondarenko, V., Kovalevska,
I., Cawood, F., Husiev,
O., Snihur, V., & Jimu,
D. (2021). Development and
testing of an algorithm for calculating the load on
support of mine workings. Mining of Mineral Deposits, 15(1),
1-10. https://doi.org/10.33271/mining15.01.001
19. Петльований, М.В., & Сай,
К.С. (2021). Моделювання напруженого стану закладного масиву при різних
фізико-механічних властивостях. Вісті Донецького гірничого інституту,
1(48), 7-18. https://doi.org/10.31474/1999-981x-2021-1-7-18
20. Liu, H., Xiao, Y., Liu, K., Zhu, Y., & Zhang, P. (2022). Numerical simulation on backfilling of buried pipes using controlled low strength materials. Applied Sciences, 12(14), 6901. https://doi.org/10.3390/app12146901
21. Симанович, А.М. (1973). Совершенствование
способов охраны подготовительных выработок.
Донецк: Донбасс, 121 с.
22. Shashenko, A., Gapieiev, S.,
& Solodyankin, A. (2009). Numerical
simulation of the elastic-plastic state of rock
mass around horizontal workings. Archives of Mining Sciences, 54(2),
341-348.
23. Iordanov, I., Novikova, Y., Simonova, Y., Yefremov, O., Podkopayev, Y., & Korol,
A. (2020). Experimental characteristics
for deformation properties of backfill mass. Mining of Mineral Deposits, 14(3),
119-127. https://doi.org/10.33271/mining14.03.119
24. Petlovanyi, M., Malashkevych,
D., Sai, K., Bulat, I.,
& Popovych, V. (2021). Granulometric
composition research of mine rocks
as a material for backfilling the mined-out area in coal
mines. Mining
of Mineral Deposits, 15(4), 122-129. https://doi.org/10.33271/mining15.04.122
|
