gscienceMining Science and Technology (Russia)Горные науки и технологии2500-0632The National University of Science and Technology MISiIS (NUST MISIS)10.17073/2500-0632-2019-3-202-212gscience-158Research ArticleMINING ROCK PROPERTIES. ROCK MECHANICS AND GEOPHYSICSСВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД. ГЕОМЕХАНИКА И ГЕОФИЗИКАFeatures of Origination of Load on "Support-Interframe Shield” SystemОсобенности механизма формирования нагрузки на систему «крепь-межрамное ограждение»ПетренкоЮ. А.PetrenkoY. A.КасьянН. Н.KasyanN. N.КасьяненкоА. Л.KasyanenkoA. L.kasyanenkoal@aol.comДонецкий национальный технический университетDonetsk National Technical University20190601202043202212Copyright © Petrenko Y.A., Kasyan N.N., Kasyanenko A.L., 20202020Петренко Ю.А., Касьян Н.Н., Касьяненко А.Л.Petrenko Y.A., Kasyan N.N., Kasyanenko A.L.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mst.misis.ru/jour/article/view/158

The features of originating load on “support-interframe shield” system in the process of formation of broken rock zone around a mine working were investigated by laboratory tests on models of equivalent materials and structural models. The role of interframe shield in the formation of frame support load has been revealed. It was found that a natural self-supporting arch is formed over interframe shields within the broken rock zone, which redistributes the load on the roof support frames, while the weight of rocks within the arch puts pressure on the interframe shields. The requirements for interframe shield of frame supports in mine workings have been developed.

Сложные закономерности поведения массива горных пород определяют особую ответственность при выборе конструкции систем крепления горных выработок, обеспечивающих высокий уровень технологической безопасности. Задачи исследований определяются необходимостью изучения формирования нагрузки на систему «крепь - межрамное ограждение» в процессе формирования вокруг выработки зоны разрушенных пород путем лабораторных исследований на моделях из эквивалентных материалов и структурных моделях. В результате применения методов математического и натурного моделирований выявлена роль межрамного ограждения при формировании нагрузки на рамные крепи. Установлено, что над межрамными ограждениями внутри зоны разрушенных пород образуется свод естественного равновесия, который перераспределяет нагрузку на рамы крепи, а на межрамные ограждения оказывает давление вес пород внутри этого свода. Разработаны требования к межрамным ограждениям рамных крепей горных выработок.

межрамные ограждениязатяжкажесткостьрамная крепьнагрузка на крепьгорное давлениеэквивалентные материалыструктурные моделиinterframe shieldlaggingrigidityframe supportsupport loadrock pressureequivalent materialsstructural modelsReferencesЛитвинский Г. Г. Закономерности формирования нагрузки на крепи горных выработок // Сб. науч. тр. ДонГТУ. 2016. № 3 (46). С. 5-15.Litvinsky G.G. Zakonomernosti formirovaniya nagruzki na krepi gornykh vyrabotok [Legitimacy of creation load on the support of mine workings]. Sbornik nauchnykh trudov DonGTU, 2016, no. 3 (46), pp. 5-15. (in Russ.).Петренко Ю. А., Новиков А. О., Подкопаев С. В., Александров С. Н. Об особенностях формирования нагрузки на крепь выработок глубоких шахт. Физико-технические проблемы горного производства. 2011. Вып. 14. С. 133-141.Petrenko Y.A., Novikov A. O., Podkopayev S. V., Aleksandrov S. N. Ob osobennostyakh formirovaniya nagruzki na krep vyrabotok glubokikh shakht [On the features of the creation of the load on the support of deep mine workings] // Fiziko-tekhnicheskiye problemy gornogo proizvodstva, 2011, no. 14, pp. 133-141. (in Russ.).Li C. Rock support design based on the concept of pressure arch // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2006. Vol. 43(7). Pp. 1083-1090. doi: 10.1016/j.ijrmms.2006.02.007.Li C. Rock support design based on the concept of pressure arch. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2006, vol. 43(7), pp. 1083-1090. doi: 10.1016/j.ijrmms.2006.02.007.Дрибан В. А., Новиков А. О. О механизме потери устойчивости горных выработок и способах управления состоянием вмещающего их массива // Науковi пращ УкрНДМ1 НАН Украши. 2012. № 11. С. 275-292.Driban V. A., Novikov A. O. O mekhanizme poteri ustoychivosti gornykh vyrabotok i sposobakh upravleniya sostoyaniyem vmeshchayushchego ikh massiva [On the mechanism of loss of stability of mine workings and methods of controlling the situation of the rock masses] // Naukovi pratsi UkrNDMI NAN Ukraini, 2012, no. 11, pp. 275-292. (in Russ.).Kong X., Liu Q., Pan Y., Liu J. Stress redistribution and formation of the pressure arch above underground excavation in rock mass // European Journal of Environmental and Civil Engineering. 2017. doi: 10.1080/19648189.2018.1541824.Kong X., Liu Q., Pan Y., Liu J. Stress redistribution and formation of the pressure arch above underground excavation in rock mass. European Journal of Environmental and Civil Engineering, 2017. doi: 10.1080/19648189.2018.1541824.Huang X., Zhang Z. Stress arch bunch and its formation mechanism in blocky stratified rock masses. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2012. Vol. 4. No. 1. Pp. 19-27. doi: 10.3724/SP.J.1235.2012.00019.Huang X., Zhang Z. Stress arch bunch and its formation mechanism in blocky stratified rock masses. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 2012, vol. 4, no. 1, pp. 19-27. doi: 10.3724/SP.J.1235.2012.00019.Касьян Н. Н., Новиков А. О., Петренко Ю. А., Шестопалов И. Н., Резник А. В. Металлическая податливая крепь. Патент Украина, № a201102997, 2013.Kasyan N. N., Novikov A. O., Petrenko Yu. A., Shestopalov I. N., Reznik A. V. Metallicheskaya podatlivaya krep [Metal pliable support]. Patent UA, no. a201102997, 2013. (in Russ.).Скобенко А. В., Хозяйкина Н. В., Дерыш В. В. Совершенствование рамной крепи протяженных выработок угольных шахт. Днепропетровск: НГУ, 2014. 96 с.Skobenko A. V., Khozyaykina N. V., Derysh V. V. Sovershenstvovaniye ramnoy krepi protyazhennykh vyrabotok ugol'nykh shakht [Improving the frame support of the long tunnel of coal mines]. Dnepropetrovsk, NGU, 2014, 96 p. (in Russ.).Lisjak A., Grasselli G. A review of discrete modeling techniques for fracturing processes in discontinuous rock masses. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2014. Vol. 6. No. 4. Pp. 301-314. doi: 10.1016/j.jrmge.2013.12.007.Lisjak A., Grasselli G. A review of discrete modeling techniques for fracturing processes in discontinuous rock masses. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 2014, vol. 6, no. 4, pp. 301-314. doi: 10.1016/j.jrmge.2013.12.007.Мещанинов С. К. Методы моделирования и управления надежностью функционирования горных выработок. Днепропетровск: НГУ, 2011. 360 с.Meshchaninov S. K. Metody modelirovaniya i upravleniya nadezhnost'yu funktsionirovaniya gornykh vyrabotok [Reliability and modeling methods functioning of mine workings]. Dnepropetrovsk, NGU, 2011, 360 p. (in Russ.).Alshkane Y. M., Marshall A. M., Stace L. R. Prediction of strength and deformability of an interlocked blocky rock mass using UDEC // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2017. Vol. 9. No. 3. Pp. 531- 42. doi: 10.1016/j.jrmge.2017.01.002.Alshkane Y.M., Marshall A.M., Stace L.R. Prediction of strength and deformability of an interlocked blocky rock mass using UDEC. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 2017, vol. 9, no. 3, pp. 531-542. doi: 10.1016/j.jrmge.2017.01.002.Bidgoli M. N., Zhao Z., Jing L. Numerical evaluation of strength and deformability of fractured rocks. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2013. Vol. 5. No. 6. Pp. 419-430. doi: 10.1016/j.jrmge.2013.09.002.Bidgoli M. N., Zhao Z., Jing L. Numerical evaluation of strength and deformability of fractured rocks. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 2013, vol. 5, no. 6, pp. 419-430. doi: 10.1016/j.jrmge.2013.09.002.Kazerani T. Effect of micromechanical parameters of microstructure on compressive and tensile failure process of rock // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2013 Vol. 64. Pp. 44-55. doi: 10.1016/j.ijrmms.2013.08.016.Kazerani T. Effect of micromechanical parameters of microstructure on compressive and tensile failure process of rock. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2013, vol. 64, pp. 44-55. doi: 10.1016/j.ijrmms.2013.08.016.Khani A., Baghbanan A., Norouzi S., Hashemolhosseini H. Effects of fracture geometry and stress on the strength of a fractured rock mass // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2013. Vol. 60. Pp. 345-352. doi: 10.1016/j.ijrmms.2013.01.011.Khani A., Baghbanan A., Norouzi S., Hashemolhosseini H. Effects of fracture geometry and stress on the strength of a fractured rock mass. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2013, vol. 60, pp. 345-352. doi: 10.1016/j.ijrmms.2013.01.011.Wang X., Zhao Y., Lin X. Determination of mechanical parameters for jointed rock masses. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2011. Vol. 3, sup. 1. Pp. 398-406. doi: 10.3724/SP.J.1235.2011.00398.Wang X., Zhao Y., Lin X. Determination of mechanical parameters for jointed rock masses. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 2011, vol. 3, sup. 1, pp. 398-406. doi: 10.3724/SP.J.1235.2011.00398.Макшанкин Д. Н. Обоснование крепления горных выработок металлической крепью из шахтного профиля. Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Кемерово, 2012. 19 с.Makshankin D. N. Obosnovaniye krepleniya gornykh vyrabotok metallicheskoy krepyu iz shakhtnogo profilya. Avtoref. diss. kand. tekhn. nauk [The rationale for attaching mine tunnels with metal support from the mine profile. Cand. tech. sci. diss. abstract]. Kemerovo, 2012. 19 p. (in Russ.).Демин В. Ф., Демина Т. В., Алиев С. Б., Разумняк Н. Л. Исследование проявлений горного давления и характера взаимодействия различных видов крепления с вмещающими породами вокруг выработки. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2012. Отд. вып. № 7. С. 34-43.Demin V. F., Demina T. V., Aliyev S. B., Razumnyak N. L. Issledovaniye proyavleniy gornogo davleniya i kharaktera vzaimodeystviya razlichnykh vidov krepleniya s +vmeshchayushchimi porodami vokrug vyrabotki [Study occurrence of rock pressure and the feature of the interaction of various types of support with the rock mass around the tunnel]. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten (nauchno-tekhnicheskiy zhurnal), 2012. no. ov7. pp. 34-43. (in Russ.).Zhang L. Evaluation of rock mass deformability using empirical methods // Underground Space. 2017. Vol. 2. No. 1. Pp. 1-15. doi: 10.1016/j.undsp.2017.03.003.Zhang L. Evaluation of rock mass deformability using empirical methods. Underground Space, 2017, vol. 2, no. 1, pp. 1-15. doi: 10.1016/j.undsp.2017.03.003.Литвинский Г. Г., Смекалин Е. С. Эффективность рамных конструкций крепи // Сб. науч. тр. ДонГТУ. 2015. № 1 (44). С.18-25.Litvinsky G. G., Smekalin Y. S. Effektivnost ramnykh konstruktsiy krepi [The effectiveness of frame support construction]. Sbornik nauchnykh trudov DonGTU. 2015. no. 1 (44). pp.18- 25. (in Russ.).Кошелев К. В., Петренко Ю. А., Новиков А. О. Охрана и ремонт горных выработок. М.: Недра, 1990. 218 с.Koshelev K.V. Petrenko Y.A., Novikov A.O. Okhrana i remont gornykh vyrabotok [Protection and repair of mine tunnels]. Moscow, Nedra Publ., 1990, 218 p. (in Russ.).Петренко Ю. А. Геомеханические основы сохранения устойчивости выработок глубоких шахт на различных этапах их эксплуатации. Автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Донецк, 2008. 30 с.Petrenko Y. A. Geomekhanicheskiye osnovy sokhraneniya ustoychivosti vyrabotok glubokikh shakht na razlichnykh etapakh ikh ekspluatatsii. Aftoref. diss. dokt. tehn. nauk [Geomechanical basis for preserve the stability of deep mine workings at various stages of their exploitation. Dr. tech. sci. diss. abstract]. Donetsk, 2008. 30 p. (in Russ).Bidgoli M.N., Jing L. Anisotropy of strength and deformability of fractured rocks // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2014. Vol. 6. No. 2. Pp. 156-164. doi: 10.1016/j.jrmge.2014.01.009.Bidgoli M. N., Jing L. Anisotropy of strength and deformability of fractured rocks. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 2014, vol. 6, no. 2, pp. 156-164. doi: 10.1016/j.jrmge.2014.01.009.Saeidi O., Rasouli V., Vaneghi R.G., Gholami R., Torabi S.R. A modified failure criterion for transversely isotropic rocks // Geoscience Frontiers. 2013. Vol. 5. No. 2. Pp. 215-225. doi: 10.1016/j.gsf.2013.05.005.Saeidi O., Rasouli V., Vaneghi R. G., Gholami R., Torabi S. R. A modified failure criterion for transversely isotropic rocks. Geoscience Frontiers, 2013, vol. 5, no. 2, pp. 215-225. doi: 10.1016/j.gsf.2013.05.005.Ciz R., Siggins A.F., Gurevich B., Dvorkin J. Influence of microheterogeneity on effective stress law for elastic properties of rocks // Geophysics. 2008. Vol. 73 (1). Pp. E7-E14. doi: 10.1190/1.2816667.Ciz R., Siggins A. F., Gurevich B., Dvorkin J. Influence of microheterogeneity on effective stress law for elastic properties of rocks . Geophysics, 2008, vol. 73 (1): pp. E7-E14. doi: 10.1190/1.2816667.Li Q., Shi W., Yang R. Deformation mechanisms in a coal mine roadway in extremely swelling soft rock // SpringerPlus. 2016. Vol. 5(1). 1310. doi: 10.1186/s40064-016-2942-6.Li Q., Shi W., Yang R. Deformation mechanisms in a coal mine roadway in extremely swelling soft rock. SpringerPlus, 2016, vol. 5(1), 1310. doi: 10.1186/s40064-016-2942-6.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.