Изменение напряженно-деформированного состояния углепородного массива при отработке угольного пласта

Построен и описан алгоритм оценки изменения напряженно-деформированного состояния массива горных пород при развитии горных работ по отработке угольного пласта на шахте им. С.М. Кирова. В рамках проведенных исследований разработан алгоритм построения, который позволил предложить вариант пространственной модели, включающей угольные пласты Болдыревский и Поленовский и породы кровли и почвы от дневной поверхности до глубины в 1500 м с учетом взаимного расположения геологических тел, в том числе разломных зон. При этом использовалась сплайновая аппроксимация криволинейных границ и поверхностей. Построенная модель была адаптирована к конкретным условиям шахты им. С.М. Кирова посредством ее калибровки с использованием натурных замеров оседания поверхностных реперов при отработке лав 2458 и 2459. В результате итерационной процедуры были получены «эффективные» значения деформационных параметров, которые обеспечили приемлемое совпадение измеренных и расчетных оседаний дневной поверхности.

Захаров В. Н., Шляпин А. В., Трофимов В. А., Филиппов Ю. А. Изменение напряженно-деформированного состояния углепородного массива при отработке угольного пласта // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2020. – № 9. – С. 5–24. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-9-0-5-24.

Исследование выполнено при поддержке Министерства науки и высшего образования, Соглашение № 075-15-2019-1903 (05.616.21.0122), Номер государственного учета НИОКТР АААА-А19-119123090079-2, Уникальный идентификатор проекта RFMEFI61619X0122.

Захаров Валерий Николаевич¹ — член-корр. РАН, д-р техн. наук, профессор, директор института,
Шляпин Алексей Владимирович¹ — канд. техн. наук, зам. директора по научной работе, e-mail: Shlyapin@mail.ru,
Трофимов Виталий Александрович¹ — д-р техн. наук, зав. лабораторией,
Филиппов Юрий Алексеевич¹ — канд. техн. наук, старший научный сотрудник,
¹ Институт проблем комплексного освоения недр РАН.

Шляпин А.В., e-mail: Shlyapin@mail.ru.

1. Ремезов А. В., Костинец И. К., Харитонов В. Г., Рябков Н. В., Жаров А. И., Климов В. В., Харитонов И. Л., Новоселов С. В. Горное давление. Его проявления при ведении горных работ в массиве горных пород: монография. — Кемерово, 2013. — 682 с.

2. Кузнецов С. В., Трофимов В. А. Метод оценки расслоения пород кровли протяженной очистной выработки / Труды конференции «Геодинамика и напряженное состояние недр Земли». — Новосибирск: ИГД СО РАН, 2009.

3. Макаров П. В., Евтушенко Е. П., Еремин М. О. Эволюция напряженно-деформированного состояния горного массива с выработками. Математическое моделирование: монография. — Томск: Издательский Дом ТГУ, 2016. — 184 с.

4. Makarov P. V., Eremin M. O. Rock mass as a nonlinear dynamic system. Mathematical modeling of stress-strain state evolution in the rock mass around a mine opening // Physical Mesomechanics. 2018. Vol. 21. No 4. Pp. 293—296.

5. Jia-wen Zhou, Xing-guo Yang, Zhaohui Yang, Hongtao Li, Hong-wei Zhou Micromechanics damage modeling of brittle rock failure processes under compression // International Journal of Computational Methods. 2013. Vol. 10. No 6. Pp. 1–18.

6. Wilkins M. L., Hillebrandt W., Orszag S. A., Hussaini Y., Meiron D. I., Norman M. L., Glowinski R., Holt M., Rusanov V. V., Roesner K. G., Killeen J., Keller H. B., Chattot J. J., Hut P. Computer simulation of dynamic phenomena, Berlin-Heidelberg: Springer-Verlag, 1999, 246 р.

7. Randles P. W., Libersky L. D. Smootred particle hydrodynamics: some recent implements and applications // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 1996. Vol. 139. No 1—4. Pp. 375—408.

8. Gray J. P., Monaghan J. J. Numerical modelling of stress fields and fracture around magma chambers // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2004. Vol. 135. No 3. Pp. 259–283.

9. Харитонов И. Л., Ремезов А. В. Исследование опорного давления при подвигании очистного забоя пологих угольных пластов на ранее пройденные выработки // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2016. — № 4. — С. 292—299.

10. Харитонов И. Л., Ремезов А. В. Разработка алгоритмов расчета параметров опорного давления при пересечении передовых горных выработок и въезде очистного забоя в демонтажные камеры // Вестник Кузбасского государственного технического университета. — 2016. — № 2. — С. 47—55.

11. Никольский А. М., Неверов А. А., Неверов С. А., Шинкевич М. В. Оценка напряженного состояния массива пород при подходе лавы к демонтажной камере // ФТПРПИ. — 2008. — № 5(69). — С. 23—27.

12. Жданкин А. А., Жданкин Н. А. Пространственное напряженно-деформированное состояние массива в районе сопряжений выемочных штреков с лавой // ФТПРПИ. — 1985. — № 4.

13. Катков Г. А., Журило А. А. О механизме формирования горного давления и взаимодействия механизированных крепей с труднообрушаемой кровлей // Вопросы горного давления. — 1979. — № 37.

14. Ремезов Ф. В., Новоселов С. В. Теоретические и методические вопросы определения параметров опорного давления в горных выработках и практика их применения // Уголь. — 2018. — № 6. — С. 21—25.

15. Торро В. О., Ремезов А. В., Климов В. В., Дедиков Е. А. Факторы оценки устойчивости демонтажных камер при формировании их очистным забоем // Вестник Кузбасского государственного технического университета. — 2017. — № 6. — С. 47—53.

16. Кравченко К. В., Бабец Д. В. Геомеханические явления при отработке конечных участков лав струговыми комплексами. — Днепропетровск: НГУ, 2015. — 108 с.

17. Хозяйкина Н. В. Обрушение пород кровли в лавах пологопадающих угольных пластов: монография. — Днепропетровск: НГУ, 2012. — 127 с.

18. Цветков А. Б., Павлова Л. Д., Фрянов В. Н. Выявление закономерностей изменения геомеханического состояния массива горных пород при многоштрековой подготовке и отработке выемочного участка // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2017. — Т. 4. — № 2. — С. 182—186.

19. Трофимов В. А., Малинникова О. Н., Филиппов Ю. А. Оценка расслоения пород кровли при отработке угольного пласта // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2016. — № 2. — С. 119—126.

20. Кратч Г. Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений. — М.: Недра, 1978. — 494 с.

21. Муллер Р. А. Влияние горных выработок на деформацию земной поверхности. — М.: Углетехиздат, 1958.

22. Кузнецов С. В., Трофимов В. А. Экспериментально-аналитическое описание мульды сдвижения земной поверхности / Маркшейдерия Казахстана: состояние и перспективы. Труды Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения А.Ж. Машанова. — Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпаева, 2006. — С. 117—123.

23. Кузнецов С. В., Трофимов В. А. Приближенный метод оценки параметров мульды оседания земной поверхности // Горный журнал Казахстана. — 2006. — № 7.

24. Кузнецов С. В., Трофимов В. А. Деформирование массива горных пород при выемке пологопадающей пластообразной залежи твердых полезных ископаемых // ФТПРПИ. — 2007. — № 4. — С. 1—22.

25. Makeeva T. G., Trofimov V. A. Forecasting parameters of earth surface subsidence to assess safe operation of engineering structures // MATEC Web of Conferences. 2017. Vol. 117. Article 00107. DOI: 10.1051/matecconf/201711700170.

26. Makeeva T. G., Trofimov V. A. Earth surface subsidence caused by arbitrary underground mining // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 365, No 4. Article 042025. DOI: 10.1088/1757-899X/365/4/042025.

27. Trubetskoi K. N., Iofis M. A., Kuznetsov S. V., Trofimov V. A. Basic regularities governing the subsidence of undermined rock strata and deflection of hanging roof at shallow and great depths // Journal of Mining Science. 1999. Vol. 35. No 3. Pp. 209—215.

28. Zakharov V. N., Malinnikova O. N., Trofimov V.A., Filippov Yu. A. Effect of gas content and actual stresses on coalbed permeability // Journal of Mining Science. 2016. Vol. 52. No 2. Pp. 218–225.