gscienceMining Science and Technology (Russia)Горные науки и технологии2500-0632The National University of Science and Technology MISiIS (NUST MISIS)10.17073/2500-0632-2020-1-49-55gscience-208Research ArticleMINING ROCK PROPERTIES. ROCK MECHANICS AND GEOPHYSICSСВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД. ГЕОМЕХАНИКА И ГЕОФИЗИКАStudy of Abutment Pressure Zone Formation in the System of "Paired Drifts"Исследование процесса формирования зон опорного давления в системе «парные штреки»ТитовН. В.TitovN. V.

Новочеркасск.

Apatity.

ИвановС. И.IvanovS. I.

Новочеркасск.

Apatity.

Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. ПлатоваРоссияMining Institute, Kola Scientific Center of Russian Academy of SciencesRussian Federation202014052020514955Copyright © Titov N.V., Ivanov S.I., 20202020Титов Н.В., Иванов С.И.Titov N.V., Ivanov S.I.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mst.misis.ru/jour/article/view/208

The paper presents comprehensive studies of abutment pressure formation zones in the geotechnical system of "paired drifts", including numerical simulation based on the finite element method. For the simulation, the Mohr - Coulomb elastic-plastic model was used, as well as physico-mechanical properties of coal and host rocks. The simulation was carried out for specific mining and geological conditions of k2 anthracite seam occurrence. In a software module, several stages were simulated, allowing to determine magnitude of stresses and displacements of the roof in stopes at various stages of abutment pressure formation in front of the advancing stoping face. As a result of the simulation, the values of the stresses and displacements of the roof in the rock mass around the stopes at various stages of the development of the abutment pressure formation zones were obtained, enabling using the experimental design method to optimize the parameters of adjustable pillar (as support structure). These studies are aimed at improving efficiency of stope protection by optimizing the parameters of protective support structures (adjustable pillars) to increase productivity of the stoping face during excavation of flat-lying anthracite seams, including rockburst-dangerous ones.

В статье представлены комплексные исследования формирования зон опорного давления в геомеханической системе «парные штреки», включающие численное моделирование, основанное на методе конечных элементов. Для моделирования использовались упругопластическая модель Мора-Кулона, а также физико-механические свойства угля и вмещающих пород. Моделирование проводилось для конкретных горно-геологических условий залегания антрацитового пласта k2. В одном программном модуле моделировались несколько стадий, позволяющих определить величину напряжений и смещений кровли в выемочных выработках на различных этапах формирования опорного давления впереди движущегося очистного забоя. В результате моделирования получены значения напряжений и смещений кровли в массиве вокруг выемочных выработок при различных стадиях проявления зон опорного давления, позволяющие применить метод планирования эксперимента для оптимизации параметров охранной конструкции в виде податливого целика. Данные исследования направлены на повышение эффективности охраны выемочных выработок путем оптимизации параметров охранных конструкций (податливого целика) для повышения производительности очистного забоя при отработке пологих антрацитовых пластов, в том числе опасным по горным ударам.

опорное давлениепарные штрекиподатливый целикохрана выемочных выработокантрацитовые пластыударобезопасностьчисленное моделированиеabutment pressurepaired driftsadjustable pillarstope protectionanthracite seamsrockburst safetynumerical simulationReferencesБажин Н. П., Весков М. И., Комиссаров М. А. Расположение, охрана и поддержание подготови-тельных выработок в глубоких шахтах. Труды ВНИМИ. Исследование проявлений горного давления на глу-боких горизонтах. Л.; 1971. С. 150–165.Bazhin N. P., Veskov M. I., Komissarov M. A. Location, protection and maintenance of development drifts in deep mines. Proceedings of VNIMI. The study of rock pressure manifestations at deep levels. Leningrad; 1971. P. 150–165. (In Russ.).Бауэр М. А., Дмитриенко В. А. Анализ напряженно-деформированного состояния монолитной бе-тонной крепи подземных сооружений некругового очертания. Инженерный вестник Дона. 2017;47(4(47)):199. URL: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2016/3916.Bauer M. A., Dmitrienko V. A. Analysis of stress-strain state of monolithic concrete lining of non-circular shape underground structures. Don Engineering Bulletin. 2017;47(4(47)):199. Available from: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2016/3916. (In Russ.).Григорьев В. Л. Охрана и поддержание подготовительных и выемочных выработок, подверженных влиянию очистных работ. Добыча угля подземным способом. 1981;(7):20–22.Grigoriev V. L. Protection and maintenance of development drifts and stopes subject to stoping influ-ence. Underground coal mining. 1981;(7):20–22. (In Russ.).Иванов С. И., Титов Н. В., Ткачев В. А., Привалов А. А. Охрана горных выработок с помощью податливых целиков. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017;(8):159–166. DOI: 10.25018/0236-1493-2017-8-0-161-166.Ivanov S. I., Titov N. V., Tkachev V. A., Privalov A. A. Mine working protection using adjustible pil-lars. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2017;(8):159–166. DOI: 10.25018/0236-1493-2017-8-0-161-166. (In Russ.).Иванов С. И., Титов Н. В., Ткачев В. А., Привалов А. А. Система разработки пластов средней и малой мощности длинными столбами по простиранию составлением породы в шахте. Горный информаци-онно-аналитический бюллетень. 2017;(8):174–178. DOI: 10.25018/0236-1493-2017-8-0-174-178.Ivanov S. I., Titov N. V., Tkachev V. A., Privalov A. A. Method of longwall mining of medium and low thickness seams along the strike with abandonment of rock in mine. Mining Informational and Analytical Bulle-tin. 2017;(8):174–178. (In Russ.). DOI: 10.25018/0236-1493-2017-8-0-174-178.Медведчук Н. Д. Влияние скорости подвигания очистного забоя на проявление горного давления при разработке пологих пластов. Уголь Украины. 1967;(4).Medvedchuk N.D. Effect of stoping face advance rate on rock pressure manifestation when extracting flat-lying seams. Coal of Ukraine. 1967;(4). (In Russ.).Рекомендации по безопасному ведению горных работ на склонных к динамическим явлениям уголь-ных пластах. URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_227032.Recommendations for safe mining of coal seams prone to dynamic phenomena. Available from: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_227032/ (in Russ.).Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. 4-е изд., доп. Л.: ВНИМИ; 1986. 222 с.Guidelines for rational location, protection, and maintenance of mine workings at coal mines of the USSR. 4th Ed., add. Leningrad: VNIMI Publ.; 1986. 222 p. (in Russ.).Badalyan G. G., Dmitrienko V. A., Skomorokhov A. A. Resource-saving Technology of Building of Vertical Mine Working in Soil Original Research Article. Procedia Engineering. In: 2nd International Conference on Industrial Engineering (ICIE-2016). 2016;150:2293-2301. URL: http://www.journals.elsevier.com/procedia-engineering.Badalyan G. G., Dmitrienko V. A., Skomorokhov A. A. Resource-saving Technology of Building of Vertical Mine Working in Soil Original Research Article. Procedia Engineering. In: 2nd International Conference on Industrial Engineering (ICIE-2016). 2016;150:2293-2301. Available from: http://www.journals.elsevier.com/procedia-engineering.Bauer M. A., Dmitrienko V. A., Kapustin A. I. Assessment of Deformations of Earth`s Surface at Mine Construction on Sub-Soil Original Research Article. Procedia Engineering. In: 2nd International Conference on Industrial Engineering (ICIE-2016). 2016;150:2278-2286. URL: http://www.journals.elsevier.com/procedia-engineering.Bauer M. A., Dmitrienko V. A., Kapustin A. I. Assessment of Deformations of Earth`s Surface at Mine Construction on Sub-Soil Original Research Article. Procedia Engineering. In: 2nd International Conference on Industrial Engineering (ICIE-2016). 2016;150:2278-2286. Available from: http://www.journals.elsevier.com/procedia-engineering.Bolesta M., Menze G. Verfestigungsinjektion auf dem Bergwerk Ost mit einem hochfesten mineralis-chen Bindemittel. Gluckauf. 2003;(1):56–59.Bolesta M., Menze G. Verfestigungsinjektion auf dem Bergwerk Ost mit einem hochfesten mineralis-chen Bindemittel. Gluckauf. 2003;(1):56–59.Drzewiecki J. Neue Verfahren zur Bekämpfung der Gebirgsschlaggefahr. Gluckauf. 2002;(3):18–22.Drzewiecki J. Neue Verfahren zur Bekämpfung der Gebirgsschlaggefahr. Gluckauf. 2002;(3):18–22.Langhanki B. Planungskonzeption zur Doppelnutzung einer Rechteckankerstrecke. Gluckauf. 2002;(1):11.Langhanki B. Planungskonzeption zur Doppelnutzung einer Rechteckankerstrecke. Gluckauf. 2002;(1):11.Matusche T., Stratmann T. AVSA Parallelisiertes Ankern und Schneiden in Bogenstrecken. Gluckauf. 2002;(4):7–14.Matusche T., Stratmann T. AVSA Parallelisiertes Ankern und Schneiden in Bogenstrecken. Gluckauf. 2002;(4):7–14.Padera Z. Investigation of the influence of the bottom face movement speed on the manifestation of rock pressure during the development of a coal seam on models of equivalent materials. Gluckauf. 1969;(9).Padera Z. Investigation of the influence of the bottom face movement speed on the manifestation of rock pressure during the development of a coal seam on models of equivalent materials. Gluckauf. 1969;(9).Stive Fiscor. Total Number of Longwall Faces Drops Below 50. Coal Age. 2009;(2):24–32.Stive Fiscor. Total Number of Longwall Faces Drops Below 50. Coal Age. 2009;(2):24–32.Syd S. Peng. Longwall Mining. West Virginia University; 2006. 621 p.Syd S. Peng. Longwall Mining. West Virginia University; 2006. 621 p.Syd S. Peng. Coal Mine Ground Control. West Virginia University; 2008. 750 p.Syd S. Peng. Coal Mine Ground Control. West Virginia University; 2008. 750 p.Tönjes B., Voß H.-W., Mehlmann W. Kombiausbaustrecke auf dem Bergwerk Ewald/Hugo. Gluckauf. 2001;(1):28.Tönjes B., Voß H.-W., Mehlmann W. Kombiausbaustrecke auf dem Bergwerk Ewald/Hugo. Gluckauf. 2001;(1):28.Varvo M. Influence of the extraction rate on the manifestation of deformations and pressure in the bot-tom-hole space. Gluckauf. 1969;(15).Varvo M. Influence of the extraction rate on the manifestation of deformations and pressure in the bot-tom-hole space. Gluckauf. 1969;(15).

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