gscienceMining Science and Technology (Russia)Горные науки и технологии2500-0632The National University of Science and Technology MISiIS (NUST MISIS)10.17073/2500-0632-2022-2-126-136gscience-348Research ArticleSAFETY IN MINING AND PROCESSING INDUSTRY AND ENVIRONMENTAL PROTECTIONТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ В МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОМ КОМПЛЕКСЕ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫRock burst forecasting technique and selecting a safe coal face advance directionМетодика прогноза горных ударов и выбора безопасного направления фронта очистных работhttps://orcid.org/0000-0002-2626-208XКобылкинС. С.KobylkinS. S.

Сергей Сергеевич Кобылкин – доктор технических наук, профессор кафедры Безопасности и экологии горного производства, Горный институт

Scopus ID 56209222200

г. Москва

Sergey S. Kobylkin – Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Department of Safety and Ecology of Mining, Mining Institute

Scopus ID 56209222200

Moscow

kobylkin.s@misis.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9353-4567ПугачА. С.PugachA. S.

Александр Сергеевич Пугач – старший преподаватель кафедры Физических процессов горного производства и геоконтроля, Горный институт

г. Москва

Alexander S. Pugach – Senior Lecturer of the Department of Physical Processes of Mining and Geo-control, Mining Institute

Moscow

Alpugach@mail.ruНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС» (НИТУ МИСиС)РоссияNational University of Science and Technology “MISiS” (NUST MISiS)Russian Federation20222007202272126136Copyright © Kobylkin S.S., Pugach A.S., 20222022Кобылкин С.С., Пугач А.С.Kobylkin S.S., Pugach A.S.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mst.misis.ru/jour/article/view/348

Mine planning involves selecting an optimal mine layout. At the same time key factors, including those influencing mining safety, should be comprehensively taken into account. A developed rock burst forecasting technique taking into account mine workings of an extraction area and a mine goaf enables determining the safe direction of a coal face. The proposed technique also takes into account all faulting/joint systems, occurring beyond a mine field. The distribution of specific potential energy in an intact rock mass is proposed to be used as the basis of the input data required for rock burst forecasting. The forecast is carried out via estimating the Lode-Nadai coefficient at different directions of coal face advancing. The stress (intensity) coefficient is proposed to be used as a criterion in order to determine a safe direction. We determined the safety criterion is equal to 10 in the Komsomolskaya Mine conditions. Besides, the safest direction of a coal face advance to mitigate the risks of rock burst was determined for this mine. The direction between 138° and 128° counter-clockwise from the north direction was identified to be the safest for the Komsomolskaya Mine conditions for any values of deformation modulus and Poisson’s ratio.

Планирование горных работ связано с выбором оптимальных решений по раскройке шахтного поля. При этом необходимо комплексно учитывать основные факторы, влияющие в том числе на безопасность ведения горных работ. Разработанная методика прогноза горных ударов в процессе ведения горных работ, учитывающая горные выработки выемочного участка и выработанное пространство, позволяет определить безопасное направление фронта очистных работ. Предлагаемая методика учитывает также все геологические нарушения, которые находятся и за пределами шахтного поля. В основе исходных данных, необходимых для осуществления прогноза горных ударов, предлагается использовать распределение удельной потенциальной энергии в нетронутом массиве. Прогноз осуществляется путем оценки параметра Надаи–Лоде (Lode–Nadai coefficient) при различных направлениях движения фронта очистных работ. Для определения безопасного направления предлагается в качестве критерия использовать коэффициент напряженности. В статье определен критерий безопасности для условий ш. Комсомольская, равный 10. Также для данной шахты было определено направление фронта очистных работ, при котором существенно снижаются риски проявления горных ударов. Наиболее безопасным для условий ш. Комсомольская является вариант направления между 138° и 128° против часовой стрелки от Северного направления для любых реализаций модуля деформации и коэффициента Пуассона.

угольная шахтабезопасностьгорный ударпрогнозвыемочный участокалгоритмcoal minesafetyrock burstforecastextraction areaalgorithmReferencesMalinnikova O., Uchaev D., Uchaev D., Malinnikov V. The study of coal tectonic disturbance using multifractal analysis of coal specimen images obtained by means of scanning electron microscopy. In: E3S Web of Conferences. 1st International Scientific Conference “Problems in Geomechanics of Highly Compressed Rock and Rock Massifs” (GHCRRM 2019). 2019;129:01017. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201912901017Malinnikova O., Uchaev D., Uchaev D., Malinnikov V. The study of coal tectonic disturbance using multifractal analysis of coal specimen images obtained by means of scanning electron microscopy. In: E3S Web of Conferences. 1st International Scientific Conference “Problems in Geomechanics of Highly Compressed Rock and Rock Massifs” (GHCRRM 2019). 2019;129:01017. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201912901017Zakharov V. N., Malinnikova O. N. Modeling geomechanical and geodynamic behavior of miningaltered rock mass with justifying mechanisms of initiation and growth of failure zones. In: International European Rock Mechanics Symposium, EUROCK 2018. Geomechanics and Geodynamics of Rock Masses. 2018;1:167–180.Tianwei L., Hongwei Z., Sheng L., Jun H., Weihua S., Batugin A. S., Guoshui T. Numerical study on 4-1 coal seam of xiaoming mine in ascending mining. Scientific World Journal. 2015. https://doi.org/10.1155/2015/516095Tianwei L., Hongwei Z., Sheng L., Jun H., Weihua S., Batugin A. S., Guoshui T. Numerical study on 4-1 coal seam of xiaoming mine in ascending mining. Scientific World Journal. 2015. https://doi.org/10.1155/2015/516095Lan T., Sun J., Batugin A. S., Jia W., Zhang Z. Dynamic characteristics of fault structure and its controlling impact on rock burst in mines. Shock and Vibration. 2021;2021:7954876. https://doi.org/10.1155/2021/7954876Lan T., Sun J., Batugin A. S., Jia W., Zhang Z. Dynamic characteristics of fault structure and its controlling impact on rock burst in mines. Shock and Vibration. 2021;2021:7954876. https://doi.org/10.1155/2021/7954876Lan T., Zhang H., Li S., Batugina I., Batugin A. Application and development of the method of geodynamic zoning according to geodynamic hazard forecasting at coal mines in China. In: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. World Multidisciplinary Earth Sciences Symposium (WMESS 2018). 3–7 September 2018, Prague, Czech Republic. 2019;221(1):012088. https://doi.org/10.1088/1755-1315/221/1/012088Lan T., Zhang H., Li S., Batugina I., Batugin A. Application and development of the method of geodynamic zoning according to geodynamic hazard forecasting at coal mines in China. In: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. World Multidisciplinary Earth Sciences Symposium (WMESS 2018). 3–7 September 2018, Prague, Czech Republic. 2019;221(1):012088. https://doi.org/10.1088/1755-1315/221/1/012088Markov G. A. Tectonic stresses and rock pressure in the Khibiny massif mines. Leningrad: Nauka Publ.; 1977. 213 p. (In Russ.)Марков Г. А. Тектонические напряжения и горное давление в рудниках Хибинского массива. Л.: Наука; 1977. 213 с.Lovchikov A. V. A new concept of the mechanism of rock-tectonic bursts and other dynamic phenomena in conditions of ore deposits. Mining Science and Technology (Russia). 2020;5(1):30–38. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2020-1-30-38Ловчиков А. В. Новая концепция механизма горно-тектонических ударов и других динамических явлений для условий рудных месторождений. Горные науки и технологии. 2020;5(1):30–38. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2020-1-30-38Yakovlev D. V., Tsirel S. V., Mulev S. N. Regularities of development and technique of rapid assessment of technogenic seismic activity at mining enterprises and in mining regions. Fiziko-Texhnicheskiye Problemy Razrabbotki Poleznykh Iskopaemykh. 2016;(2):34–47. (In Russ.) URL: https://www.sibran.ru/upload/iblock/ca1/ca15451a9d2410129c5af3babe2bafef.pdfЯковлев Д. В., Цирель С. В., Мулев С. Н. Закономерности развития и методика оперативной оценки техногенной сейсмической активности на горных предприятиях и в горнодобывающих регионах. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2016;(2):34–47. URL: https://www.sibran.ru/upload/iblock/ca1/ca15451a9d2410129c5af3babe2bafef.pdfYakovlev D. V., Isaev Yu. S., Mulev S. N. et al. “GeoInfoTransSistem (GITS) hardware-software complex in geodynamic and environmental monitoring systems. In: International Conference “Mining Geophysics”. June 22–25, 1998. St. Petersburg: VNIMI Publ.; 1998 p. (In Russ.)Яковлев Д. В., Исаев Ю. С., Мулев С. Н. и др. Аппаратно-программный комплекс «Geo Info Trans Sistem (GITS) в системах геодинамического и экологического мониторинга. В: Международная конференция «Горная геофизика». 22–25 июня 1998. СПб.: ВНИМИ; 1998.Kovtanyuk L. V., Panchemko G. L. On compression of a heavy compresible layer of an elastoplastic or elastoviscoplastic. Medium. Mechanics of Solids. 2017;52(6):653–662. https://doi.org/10.3103/S002565441706005XKovtanyuk L. V., Panchemko G. L. On compression of a heavy compresible layer of an elastoplastic or elastoviscoplastic. Medium. Mechanics of Solids. 2017;52(6):653–662. https://doi.org/10.3103/S002565441706005XKondner R. L., Zelasko J. S. A hyperbolic stress strain formulation for sands. In: Proceedings of the 2nd Pan American Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. Sao Paulo, Brazil. 1963;1:289–324.Kondner R. L., Zelasko J. S. A hyperbolic stress strain formulation for sands. In: Proceedings of the 2nd Pan American Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. Sao Paulo, Brazil. 1963;1:289–324.Duncan J. M., Chang C.-Y. Nonlinear analysis of stress and strain in soil. Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division. 1970;96(5):1629–1653.Duncan J. M., Chang C.-Y. Nonlinear analysis of stress and strain in soil. Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division. 1970;96(5):1629–1653.Janbu J. Soil Compressibility as determined by oedometer and triaxial tests. In: Proceedings of European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering (ECSMFE). Wiesbaden, Germany. 1963;1:9–25.Janbu J. Soil Compressibility as determined by oedometer and triaxial tests. In: Proceedings of European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering (ECSMFE). Wiesbaden, Germany. 1963;1:9–25.Von Soos P. Properties of soil and rock. In: Grundbau-Taschenbuch. Part 4. Ed. 4. Berlin: Ernst & Sohn; 1990. (In German)Von Soos P. Properties of soil and rock. In: Grundbau-Taschenbuch. Part 4. Ed. 4. Berlin: Ernst & Sohn; 1990. (In German)Ustinov D. V. Impact of the enclosing massif model selection over the results of subway tunnels excavation modelling. Geotechnics. 2018;10(5–6):34–50. (In Russ.)Устинов Д. В. Влияние выбора модели вмещающего массива на результаты моделирования роходки перегонных тоннелей метрополитена. Геотехника. 2018;10(5–6):34–50.Melnikova N. V., Rzhevskii V. V., Protodiakonov M. M. (eds.) Handbook (cadastre) of rock physical properties. Moscow: Nedra Publ.; 1975. 279 p. (In Russ.)Справочник (кадастр) физических свойств горных пород. Под ред. Н. В. Мельникова, В. В. Ржевского, М. М. Протодьяконова. М.: Недра; 1975. 279 с.Trushko O. V. Geodynamic stability assessment for mine workings in deep mines. Science, Technology and Education. 2015;(2):58–62. (In Russ.)Трушко О. В. Оценка геодинамической устойчивости горных выработок глубоких рудников. Наука, техника и образование. 2015;(2):58–62.Trushko О. V., Petrov D. N., Streletsky А. V. Provision of durability of mine workings. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Gornyi Zhurnal. 2012;(2):51–55. (In Russ.)Трушко О. В., Петров Д. Н., Стрелецкий А. В. Обеспечение устойчивости горных выработок. Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2012;(2):51–55.Basov V. V. The study of geomechanical condition of unstable rocks in the vicinity of mine working junctions. Mining Science and Technology (Russia). 2019;4(1):23–30. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2019-1-23-30Басов В. В. Исследование геомеханического состояния неустойчивых пород в окрестности сопряжений горных выработок. Горные науки и технологии. 2019;4(1):23–30. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2019-1-23-30Kurlenya M. V., Seryakov V. M., Yeremenko A. А. Technogenic geotechnical stress fields. Novosibirsk: Nauka Publ.; 2005. 264 p.Курленя М. В., Серяков В. М., Ерёменко А. А. Техногенные геомеханические поля напряжений. Новосибирск: Наука; 2005. 264 с.Курленя М. В., Серяков В. М., Ерёменко А. А. Техногенные геомеханические поля напряжений. Новосибирск: Наука; 2005. 264 с.

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