Исследование геомеханического состояния неустойчивых пород в окрестности сопряжений горных выработок

Обоснована актуальность исследований характера деформирования материала на физических моделях, эквивалентных горным породам. Для выявления зависимостей и закономерностей деформирования неустойчивых горных пород в окрестности сопряжений горных выработок разработана и представлена методика экспериментального исследования. В работе был принят метод физического моделирования на эквивалентных материалах. Рассчитаны прочностные характеристики эквивалентного материала для исследуемых пород по формулам, предложенным Г.Н. Кузнецовым. Эквивалентный материал выбран из двух составляющих - песка и парафина. Подобрана рецептура состава смеси и определены пределы прочности эквивалентного материала при сжатии. Эксперимент проводился для трех вариантов физических моделей: нетронутого массива горных пород, массива с одиночной горной выработкой и массива с сопряжением горных выработок. Испытания моделей из эквивалентного материала проводились путем одноосного вертикального нагружения при помощи гидравлического пресса. По результатам испытания моделей из эквивалентного материала представлена динамика развития трещин и разрушения вмещающего эквивалентного материала в окрестности искусственной полости, имитирующей горную выработку. Также получены графики зависимости относительных деформаций от вертикальной нагрузки для каждого поэтапного нагружения трёх моделей. Проведена оценка результатов физического моделирования параметров НДС эквивалентного материала вокруг полостей, имитирующих сопряжения горных выработок. Полученные результаты деформирования материалов, эквивалентных горным породам, предполагается использовать в качестве исходных данных при тестировании результатов физического и численного моделирования, а также при разработке технической документации в части выбора параметров крепления сопряжений горных выработок.

1. Akhmetkhanov R. S. Probabilistic modeling in system engineering. IntechOpen, London, 2018, 278 p.

2. Басов В. В., Петров А. А., Васильев П. В. Сравнительная оценка соответствия расчётных и изме¬ренных в натурных условиях смещений пород кровли подземных выработок // Наукоемкие технологии раз¬работки и использования минеральных ресурсов: сборник научных статей по материалам Междунар. науч.- практ. конф., 7-10 июня 2016 г.; под общ. ред. В.Н. Фрянова. Новокузнецк: Изд. центр СибГИУ, 2016. № 2. С. 136-140.

3. Ермаков А. Ю., Васильев П. В., Фрянов В. Н., Сенкус В. В. Технология проведения и поддержания горных выработок большого сечения угольных шахт. Новокузнецк: НФИ КемГУ, 2015. 135 с.

4. Жуков Е. М., Лугинин И. А., Кропотов Ю. И., Зырянов К. А., Басов В. В. Оценка влияния трещин на устойчивость пород в кровле подготовительных выработок угольных шахт // Вестник СибГИУ. 2015. №4 (14). С. 26-30.

5. Заславский Ю. З. Исследование проявлений горного давления в капитальных выработках глубоких шахт Донецкого бассейна. М.: Недра, 1966. 180 с.

6. Казанин О. И., Зуев Б. Ю., Мешков А. А.Исследование на физических моделях процессов сдвиже¬ний при подземной разработке угольных пластов в поле шахты «Красноярская» ОАО «СУЭК-Кузбасс» // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2012. № 5. С. 26-32.

7. Костюк С. Г., Ковалев Н. Б., Бедарев Н. Т., Любимов О. В., Семенцов В. В., Ситников Г. А. Имита¬ция отработки угольного пласта с наличием синклинальной складки на модели из эквивалентных материа¬лов // Вестник КузГТУ. 2014. № 5 (105). С. 67-70.

8. Ke Yang, Guangxiang Xie. An asymmetrical bolt supporting design of retreating coal roadway based on physical simulation in large dip coal seam/ AGH Journal of Mining and Geoengineering. vol. 36. №3 2012. pp. 453-461.

9. Lailiang Cai, Kan Wu., Qisheng Yu. A new method of equivalent material model deformation observa¬tion. International Journal of Modern Education and Computer Science (IJMECS), 2011, vol. 40-46, no. 5. Availa¬ble at: http://www.mecs-press.org/ijmecs/ijmecs-v3-n5/v3n5-6.html (Accessed 02 March 2019).

10. Кузнецов Г. Н., Будько М. Н., Васильев Ю. И., Шклярский М. Ф., Юревич Г. Г. Моделирование проявлений горного давления / Под ред. Г. Н. Кузнецова. Л.: Недра, 1968. 279 с.

11. Nan Li, Enyuan Wang, Maochen Ge, Jie Liu. The fracture mechanism and acoustic emission analysis of hard roof: a physical modeling study. Arabian Journal of Geosciences, 2015, vol. 1895-1902, no. 8. Available at: https://link.springer.com/article/10.1007/s12517-014-1378-y (Accessed 02 March 2019)

12. Полевщиков Г. Я. Деформационно-волновые» процессы в массиве горных пород при движении очистного забоя в угольных пластах // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2013. № 5. С. 50-60.

13. Риб С. В., Басов В. В., Никитина А. М. Исследование влияния дизъюнктивных нарушений на состояние массива горных пород в окрестности подготовительной выработки // Вестник СибГИУ. 2016. № 1 (15). С. 17-20.

14. Rib S. V. The influence of rock interlayer location on the stress-strain state of the rock massif near the underground mine / S. V. Rib // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - 2018. - Vol. 206. - P. 1-4 (012011). - Режим доступа: http://library.sibsiu.ru

15. Seryakov V. M. Stress State of a Coal Pillar in Fully Mechanized Longwall Mining in Dislocation Zone / V. M. Seryakov, S. V. Rib, V. N. Fryanov // Journal of Mining Science. 2017. № 6. P. 1001-1008.

16. Singh R., Singh T. N. Investigation into the behaviour of a support system and roof strata during sublevel caving of a thick coal seam. Geotechnical and Geological Engineering 17. 1998, vol. 21-35.

17. Терещук Р. Н., Наумович А. В. Обеспечение устойчивости подготовительных выработок глубоких угольных шахт. Днепропетровск: 2015. 134 с.

18. Tsvetkov A. B., Pavlova L. D., Fryanov V. N. Construction of the approximant of complete diagram for rock deformation // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2016. Vol. 45. P. 1-7 (012009). URL: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/45/1/012009/pdf (дата обращения 02.03.2019).