Геомеханічна оцінка впливу закладного масиву на стійкість виїмкового штреку при розробці тонких вугільних пластів

Мета. Дослідження впливу формування закладного породного масиву у виробленому просторі лави на геомеханічну ситуацію масиву гірських порід навколо виїмкового штреку. Методика. Для досягнення мети використано чисельне моделювання методом скінченних елементів за допомогою програмного комплексу SolidW...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2022
Hauptverfasser:	Петльований, М.С., Малашкевич, Д.С., Сай, К.С.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут фізики гірничих процесів НАН України 2022
Schriftenreihe:	Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва
Schlagworte:	Прогнозування і управління станом гірничого масиву
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189993
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Геомеханічна оцінка впливу закладного масиву на стійкість виїмкового штреку при розробці тонких вугільних пластів / М.В. Петльований, Д.С. Малашкевич, К.С. Сай // Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва: Зб. наук. пр. — 2022. — Вип. 24. — С. 53-66. — Бібліогр.: 24 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-189993
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1899932025-02-09T20:43:51Z Геомеханічна оцінка впливу закладного масиву на стійкість виїмкового штреку при розробці тонких вугільних пластів Geomechanical evaluation of the backfilling massifinfluence on the gate road stability while thin coal seam mining Петльований, М.С. Малашкевич, Д.С. Сай, К.С. Прогнозування і управління станом гірничого масиву Мета. Дослідження впливу формування закладного породного масиву у виробленому просторі лави на геомеханічну ситуацію масиву гірських порід навколо виїмкового штреку. Методика. Для досягнення мети використано чисельне моделювання методом скінченних елементів за допомогою програмного комплексу SolidWorks. Досліджувалась геомеханічна ситуація навколо виїмкового штреку, що повторно використовується, при традиційній технології видобутку з повним обваленням порід покрівлі й охоронною конструкцією та технологія з формуванням закладного масиву у виробленому просторі лави. Геомеханічна оцінка надавалась на основі вивчення вертикальної компоненти напружень. Результати. Обґрунтовано геомеханічні моделі для вивчення напруженого стану масиву навколо виїмкових штреків при порівнювальних варіантах відпрацювання вугільного пласта. Встановлено, що формування закладного масиву в порівняння з варіантом «повне обвалення + охоронна конструкція» суттєво зменшує величину розтягуючих напружень у покрівлі штреку, розтягуючих напружень у підошві штреку та величину напружень у покрівлі й підошві над охоронною конструкцією. Встановлено, що при формуванні закладного масиву значно збільшується до рівня непорушеного масиву розмір зони розвантаження в породах покрівлі та підошві штреку і розмір зони стискаючих напружень в породах над та під охоронною конструкцією. Наукова новизна. Виявлено особливості характеру розподілу напружень в масиві гірських порід при формуванні закладного масиву з шахтних порід у виробленому просторі лави, що свідчить про більш сприятливі умови підтримання виїмкових штреків позаду очисного вибою, ніж варіант з повним обваленням порід та спорудженням охоронної конструкції. Практична значимість. Формування породної закладної смуги у виробленому просторі очисних вибоїв дозволяє зменшити інтенсивність гірського тиску та зберегти виїмкову виробку у задовільному стані для повторного її використання. Purpose. The investigation of the influence formation rock backfilling massif into longwall gob area on the geomechanical situation of the rock massif around the gate road. Methods. Numerical modeling using the finite element method by applying the SolidWorks software was used to achieve the goal. The geomechanical situation around the gate road which is reused, was studied under traditional mining technology with full roof collapse behind the longwall face with protective construction and mining technology with gob backfilling. The geomechanical assessment was provided based on the study of the vertical stress component. Findings. The geomechanical models for the study of the stress state of the massif around the gate roads in the case of comparative variants of working out the coal seam are substantiated. The formation of the backfilling massif in comparison with the variants “full collapse + protective construction” significantly reduces the amount of tensile stresses in the roof of the gate road, tensile stresses in the floor of gate road, and the amount of stresses in the roof and floor above the protective construction was established. During the formation of the backfilling massif, the size of the unloading zone in the rocks of the roof and floor of the gate road and the size of the zone of compressive stresses in the rocks above and below the protective construction significantly increases to the level of the undisturbed massif was obtained. Originality. The features of the nature of the distribution stresses in the rock massif under the formation of the rock backfilling are revealed, which indicates more favorable conditions for maintaining gate road behind the stope than the variant with full caving and the protective construction. Paratactical implication. The formation of rock backfilling massif in the mined-out area makes it possible to reduce the intensity of rock pressure and keep the gate roads in a satisfactory condition for its reuse. 2022 Article Геомеханічна оцінка впливу закладного масиву на стійкість виїмкового штреку при розробці тонких вугільних пластів / М.В. Петльований, Д.С. Малашкевич, К.С. Сай // Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва: Зб. наук. пр. — 2022. — Вип. 24. — С. 53-66. — Бібліогр.: 24 назв. — укр. 2664-17716 DOI: https://doi.org10.37101/ftpgp24.01.005 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189993 622.273.21 uk Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва application/pdf Інститут фізики гірничих процесів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Прогнозування і управління станом гірничого масиву Прогнозування і управління станом гірничого масиву
spellingShingle	Прогнозування і управління станом гірничого масиву Прогнозування і управління станом гірничого масиву Петльований, М.С. Малашкевич, Д.С. Сай, К.С. Геомеханічна оцінка впливу закладного масиву на стійкість виїмкового штреку при розробці тонких вугільних пластів Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва
description	Мета. Дослідження впливу формування закладного породного масиву у виробленому просторі лави на геомеханічну ситуацію масиву гірських порід навколо виїмкового штреку. Методика. Для досягнення мети використано чисельне моделювання методом скінченних елементів за допомогою програмного комплексу SolidWorks. Досліджувалась геомеханічна ситуація навколо виїмкового штреку, що повторно використовується, при традиційній технології видобутку з повним обваленням порід покрівлі й охоронною конструкцією та технологія з формуванням закладного масиву у виробленому просторі лави. Геомеханічна оцінка надавалась на основі вивчення вертикальної компоненти напружень. Результати. Обґрунтовано геомеханічні моделі для вивчення напруженого стану масиву навколо виїмкових штреків при порівнювальних варіантах відпрацювання вугільного пласта. Встановлено, що формування закладного масиву в порівняння з варіантом «повне обвалення + охоронна конструкція» суттєво зменшує величину розтягуючих напружень у покрівлі штреку, розтягуючих напружень у підошві штреку та величину напружень у покрівлі й підошві над охоронною конструкцією. Встановлено, що при формуванні закладного масиву значно збільшується до рівня непорушеного масиву розмір зони розвантаження в породах покрівлі та підошві штреку і розмір зони стискаючих напружень в породах над та під охоронною конструкцією. Наукова новизна. Виявлено особливості характеру розподілу напружень в масиві гірських порід при формуванні закладного масиву з шахтних порід у виробленому просторі лави, що свідчить про більш сприятливі умови підтримання виїмкових штреків позаду очисного вибою, ніж варіант з повним обваленням порід та спорудженням охоронної конструкції. Практична значимість. Формування породної закладної смуги у виробленому просторі очисних вибоїв дозволяє зменшити інтенсивність гірського тиску та зберегти виїмкову виробку у задовільному стані для повторного її використання.
format	Article
author	Петльований, М.С. Малашкевич, Д.С. Сай, К.С.
author_facet	Петльований, М.С. Малашкевич, Д.С. Сай, К.С.
author_sort	Петльований, М.С.
title	Геомеханічна оцінка впливу закладного масиву на стійкість виїмкового штреку при розробці тонких вугільних пластів
title_short	Геомеханічна оцінка впливу закладного масиву на стійкість виїмкового штреку при розробці тонких вугільних пластів
title_full	Геомеханічна оцінка впливу закладного масиву на стійкість виїмкового штреку при розробці тонких вугільних пластів
title_fullStr	Геомеханічна оцінка впливу закладного масиву на стійкість виїмкового штреку при розробці тонких вугільних пластів
title_full_unstemmed	Геомеханічна оцінка впливу закладного масиву на стійкість виїмкового штреку при розробці тонких вугільних пластів
title_sort	геомеханічна оцінка впливу закладного масиву на стійкість виїмкового штреку при розробці тонких вугільних пластів
publisher	Інститут фізики гірничих процесів НАН України
publishDate	2022
topic_facet	Прогнозування і управління станом гірничого масиву
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189993
citation_txt	Геомеханічна оцінка впливу закладного масиву на стійкість виїмкового штреку при розробці тонких вугільних пластів / М.В. Петльований, Д.С. Малашкевич, К.С. Сай // Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва: Зб. наук. пр. — 2022. — Вип. 24. — С. 53-66. — Бібліогр.: 24 назв. — укр.
series	Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва
work_keys_str_mv	AT petlʹovaniims geomehaníčnaocínkavplivuzakladnogomasivunastíikístʹviímkovogoštrekuprirozrobcítonkihvugílʹnihplastív AT malaškevičds geomehaníčnaocínkavplivuzakladnogomasivunastíikístʹviímkovogoštrekuprirozrobcítonkihvugílʹnihplastív AT saiks geomehaníčnaocínkavplivuzakladnogomasivunastíikístʹviímkovogoštrekuprirozrobcítonkihvugílʹnihplastív AT petlʹovaniims geomechanicalevaluationofthebackfillingmassifinfluenceonthegateroadstabilitywhilethincoalseammining AT malaškevičds geomechanicalevaluationofthebackfillingmassifinfluenceonthegateroadstabilitywhilethincoalseammining AT saiks geomechanicalevaluationofthebackfillingmassifinfluenceonthegateroadstabilitywhilethincoalseammining
first_indexed	2025-11-30T14:57:05Z
last_indexed	2025-11-30T14:57:05Z
_version_	1850227693090504704
fulltext	Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24 53 УДК 622.273.21 https://doi.org10.37101/ftpgp24.01.005 ГЕОМЕХАНІЧНА ОЦІНКА ВПЛИВУ ЗАКЛАДНОГО МАСИВУ НА СТІЙКІСТЬ ВИЇМКОВОГО ШТРЕКУ ПРИ РОЗРОБЦІ ТОНКИХ ВУГІЛЬНИХ ПЛАСТІВ М.В. Петльований1, Д.С. Малашкевич1, К.С. Сай1 1Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна Відповідальний автор: e-mail: petlyovany@ukr.net GEOMECHANICAL EVALUATION OF THE BACKFILLING MASSIF INFLUENCE ON THE GATE ROAD STABILITY WHILE THIN COAL SEAM MINING M.V. Petlovanyi1, D.S. Malashkevych1, K.S. Sai1 1Dnipro University of Technology, Dnipro, Ukraine Corresponding author: e-mail: petlyovany@ukr.net ABSTRACT Purpose. The investigation of the influence formation rock backfilling massif into longwall gob area on the geomechanical situation of the rock massif around the gate road. Methods. Numerical modeling using the finite element method by applying the SolidWorks software was used to achieve the goal. The geomechanical situation around the gate road which is reused, was studied under traditional mining technology with full roof collapse behind the longwall face with protective construction and mining technology with gob backfilling. The geomechanical assessment was provided based on the study of the vertical stress component. Findings. The geomechanical models for the study of the stress state of the massif around the gate roads in the case of comparative variants of working out the coal seam are substantiated. The formation of the backfilling massif in comparison with the variants “full collapse + protective construction” significantly reduces the amount of tensile stresses in the roof of the gate road, tensile stresses in the floor of gate road, and the amount of stresses in the roof and floor above the protective construction was established. During the formation of the backfilling massif, the size of the unloading zone in the rocks of the roof and floor of the gate road and the size of the zone of compressive stresses in the rocks above and below the protective construction significantly increases to the level of the undisturbed massif was obtained. Originality. The features of the nature of the distribution stresses in the rock massif under the formation of the rock backfilling are revealed, which indicates more Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24 54 favorable conditions for maintaining gate road behind the stope than the variant with full caving and the protective construction. Paratactical implication. The formation of rock backfilling massif in the mined- out area makes it possible to reduce the intensity of rock pressure and keep the gate roads in a satisfactory condition for its reuse. Keywords: gate road, geomechanical model, numerical modelling, stresses, rock massif, backfilling massif, full caving, protective construction 1. ВСТУП Функціонування гірничодобувної галузі, у тому числі вугільної, призво- дить до негативної трансформації верхнього шару літосфери – земної кори. Внаслідок вилучення корисної копалини з надр утворюються підземні пус- тоти, які сприяють просіданню та руйнівним деформаціям земної поверхні [1, 2]. При цьому технологічні процеси гірничого виробництва характеризу- ються значним відходоутворенням. Наслідками є відчуження значних земе- льних площ денної поверхні під складування пустих шахтних порід і відходів збагачення. Для попередження виникнення цих негативних явищ у світовій гірничій практиці розповсюдження набули методи видобутку корисних копа- лин із застосуванням закладання виробленого простору. Призначенням цієї технології є збереження цілісності земної поверхні й інфраструктурних об’єктів та утилізації багатотоннажних накопичень промислових відходів [3, 4]. При розробці рудних родовищ поширення набуло пастове й твердіюче закладання [5-7], вугільних родовищ – механічне породне і пастове закла- дання [8, 9]. Крім вищезазначених основних завдань закладання пустот супу- тньо вирішує низку інших корисних завдань – зберігає цілісність водоносних горизонтів та поліпшує умови ведення підземних гірничих робіт. Для стійкого та ритмічного процесу вуглевидобутку в межах гірничого під- приємства вельми важливою умовою є збереження в достатньому експлуата- ційному стані гірничих виробок (особливо виїмкових) і мінімізація випадків їх перекріплень. Умовно стійкий стан контуру виробки зберігається, коли її підтримання здійснюється в масиві вугілля чи порід. Проте, коли вугільний пласт виймається з одного з боків виїмкового штреку спостерігаються руйні- вні деформації порід на його контурі, руйнуючи аркове кріплення. Як показує досвід відпрацювання тонких вугільних пластів, виїмкові штреки досить складно втримати в експлуатаційному стані, навіть незважаючи на застосу- вання прогресивного рамно-анкерного кріплення [10-12]. Для підвищення стійкості виїмкових виробок й ефективного «обрізання» породної консолі на сполученні лави зі штреком застосовують різні способи охорони на основі штучних споруд з підвищеними міцнісними властивос- тями [13, 14]. Проте, зі збільшенням глибини розробки та враховуючи низьку стійкістю порід, формування штучних споруд не завжди є достатнім для по- передження руйнівних геомеханічних процесів. Більшого ефекту надає закла- дання виробленого простору за рахунок створення підпору та недопущення інтенсивного розшарування й розбивання на блоки порід основної покрівлі, що опускаються вслід за пересуванням секцій механізованого кріплення. Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24 55 На сьогодні дослідження геомеханічних процесів як у лаві, так і навколо виїмкових штреків при закладанні виробленого простору в умовах українсь- ких шахт майже не виконуються, адже відсутні конкретні ефективні техноло- гії. Відомі технологічні рішення характеризуються трудоємністю процесів та, здебільшого, частковим формуванням закладного масиву [15, 16], тому нау- ковий інтерес у проведенні досліджень є незначним. Авторами даного дослідження розроблено новий перспективний спосіб за- кладання виробленого простору [17], особливостями якого є можливість фо- рмування ущільненого суцільного закладного масиву за довжиною лави на висоту, що менше виїмкової потужності, та можливість формування заклад- них породних смуг «через одну» на висоту близько виїмкової потужності пла- ста. Деталізація висоти формування закладного масиву залежить від геологі- чної потужності пласта і, відповідно, величини порід присікання підошви, які є безпосереднім закладним матеріалом у запропонованому способі. Крім того, є можливість варіації різних видів формування закладного масиву – ущільне- ний породний масив або ін’єктований в’яжучою речовиною ущільнений по- родний масив. Представлене дослідження спрямоване на вивчення геомеханічної ситуації у масиві гірських порід навколо виїмкових виробок в умовах шахт Західного Донбасу, коли у виробленому просторі очисного вибою формується ущільне- ний закладний породний масив. 2. МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ Вирішення сучасних геомеханічних завдань при освоєнні родовищ корис- них копалин здійснюється із застосуванням різноманітних методів моделю- вання. Метод скінчених елементів дозволяє при адекватній постановці за- вдання і наборі вихідних даних відобразити аналогічно натурним умовам фо- рмування напруженого стану масиву [18-20]. Найбільш складна геомеханічна ситуація в масиві гірських порід навколо виїмкових штреків, що повторно використовуються, спостерігається позаду очисного вибою [10], що, зазвичай, в складних умовах розробки призводить до найбільшого обсягу ремонтних робіт, таких як піддирання порід підошви та заміна деформованих елементів рамного кріплення. Тому в дослідженні вивчається геомеханічна ситуація позаду лави, коли відбулось опускання по- родних шарів на обвалені породи (при традиційному варіанті) та на закладний масив (при варіанті із закладанням виробленого простору). Чисельне моделювання напруженого стану гірського масиву навколо ви- їмкової виробки при різних технологіях видобування вугілля виконано на прикладі ділянки вугільного пласта С10 в шахти «Ім. Героїв Космосу». Для по- рівняння кількісно-якісної зміни полів напружень гірського масиву при закла- данні виробленого простору моделюється також традиційний спосіб відпра- цювання з охоронною конструкцією та повним обваленням порід. Аналіз гір- ничо-геологічної та гірничотехнічної характеристик шахтного поля і паспор- тів виїмкових дільниць шахти по пласту С10 в у східному крилі дозволив вста- новити усереднені параметри, які є вихідними даними до моделювання: – літологічний склад порід (усереднені літологічні потужності); Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24 56 – фізико-механічні властивості гірських порід (Таблиця 1); – середня глибина розробки – 300 м; – величина навантаження, що прикладається до моделі – 6,0 МПа (відпові- дає глибині залягання виробки 300 м); – виїмкова виробка – переріз 13,1 м2, спосіб охорони – дерев’яна констру- кція шириною 1,0 м (накатний костер). Літологічний склад порід навколо виробки наступний: вугільний пласт – 0,75 м; покрівля: аргіліт – 3,5 м, аргіліт – 1,3 м, пісковик – 1,2 м; вугільний прошарок – 0,3 м; алевроліт – 2,5 м; пісковик – 1,5 м; підошва: алевроліт – 1,5 м, пісковик – 1,0 м, алевроліт – 4,5 м, аргіліт – 3,5 м, аргіліт – 3,0 м. Фізико-механічні властивості гірських порід визначені за результатами ви- пробування проб при виконанні гірничо-геологічного прогнозу шахтою і представлені в Таблиці 1. Таблиця 1. Усереднені фізико-механічні властивості гірських порід східної ділянки пласта С10 в Назва Аргіліт Алевроліт Пісковик Вугілля Модуль деформації, E, МПа 6400 8900 20000 3700 Коефіцієнт Пуассона, μ 0,24 0,31 0,35 0,27 Щільність, γ, кг/м3 2500 2400 2,6 1250 Межа міцності на стиск, σс, МПа 20,0 15,0 40,0 37,0 Межа міцності на розтяг, σр, МПа 1,7 1,5 2,7 3,7 Фізико-механічні властивості інших елементів з урахуванням аналізу нау- кових праць прийняті наступними [21-24]: 1) обвалені породи у виробленому просторі: модуль деформації Е = 50 МПа; коефіцієнт Пуассона μ = 0,4; насипна щільність – 1,6 т/м3; міц- ність на розтяг σр = 0,0 МПа; міцність на стиск σст = 5,0 МПа; 2) закладна породна смуга: модуль деформації Е = 250 МПа; коефіцієнт Пуассона μ = 0,35; насипна щільність – 1,8 т/м3; міцність на розтяг σр = 0,0 МПа; міцність на стиск σст = 10,0 МПа; 3) охоронне дерев’яне кріплення (накатний костер): модуль деформації Е = 11000 МПа; коефіцієнт Пуассона μ = 0,4; щільність – 0,52 т/м3; міцність на розтяг σр = 100,0 МПа; міцність на стиск σст = 50,0 МПа. Моделюється напружений стан масиву гірських порід навколо виїмкової виробки, що повторно використовується для 2 варіантів: із закладним маси- вом згідно способу [17] та при традиційній технології з охоронною конструк- цією і повним обваленням порід. Для виключення впливу крайового ефекту на формування напружень навколо виїмкової виробки дотримані граничні умови. Розмір геомеханічної моделі прийнятий наступний: по вертикалі – 28 м; по горизонталі – 24 м. Після побудови об’ємної геомеханічної моделі створюється сітка скінчених елементів (рис. 1), причому чим дрібнішою є сі- тка, тим точніше обчислювальний експеримент і триваліший час розрахунку. Після створення сітки згідно з розробленою розрахунковою схемою прикла- дається навантаження на зафіксовану з усіх боків геомеханічну модель ма- сиву та виконується розрахунок напруженого стану з подальшим аналізом Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24 57 епюр напружень. У даному дослідженні оцінюється вертикальна компонента напружень. Рисунок 1. Побудова сітки скінчених елементів при традиційній технології з повним обваленням порід та охоронною конструкцією (а) та технології з формування закладного масиву (б) В цьому дослідженні застосовано чисельне моделювання методом скінче- них елементів у програмному пакеті SolidWorks 2016. Геомеханічна задача вирішувалась в пружній постановці, отримані значення напружень порівню- вались з гранично допустимими міцнісними значеннями гірських порід. З досвіду проведення чисельного моделювання напруженого стану масиву на- вколо виїмкових виробок методом скінчених елементів розміри зон напруже- ного стану, що розвиваються від контуру виробки вглиб у боках, у покрівлі та підошві масиву, зазвичай, не перевищують розмір її ширини і висоти, від- повідно, тому прогнозуємо достатність вжитих геометричних розмірів мо- делі. Якщо за результатами аналізу отриманих епюр напружень уздовж верхньої та нижньої меж моделі компоненти σy, що відповідають напруженню (γН) не- торканого масиву розподілені рівномірно, а в боках покрівлі та підошви ви- їмкової виробки напруження σy затухають на відстані, набагато меншій біч- них меж моделі, то геометричні розміри геомеханічної моделі прийняті пра- вильно. В результаті моделювання отримуємо епюри вертикальних і горизо- нтальних компонент напружень SY, SX. Аналіз формування полів напружень дозволить дослідити характер зміни областей концентрацій напружень на- вколо виробки при традиційній технології та технології видобутку з форму- ванням закладного масиву. Таким чином, розроблено та обґрунтовано геомеханічні моделі для дослі- дження напруженого стану масиву гірських порід навколо виїмкової виробки при варіантах розробки вугільного пласта, що порівнюються. Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24 58 3. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ В результаті чисельного моделювання отримано епюри вертикальних на- пружень σy навколо виїмкового штреку при традиційній технології відпрацю- вання з повним обваленням порід та варіанту із закладанням шахтних порід у вироблений простір, що наведено на рис. 2. При традиційній технології розг- лядається виїмковий штрек, де з лівого боку вугільний масив, а з правого – вироблений простір, що містить обвалені породи та дерев’яне кріплення (на- катний костер) як охоронна конструкція, яка «обрізає» породи покрівлі пласта і зменшує навантаження породної консолі на її рамне кріплення. При варіанті із закладним масивом розглядається виїмковий штрек, де з лівого боку вугі- льний масив, а з правого – вироблений простір, що містить закладену породну полосу, зашивання вікна лави можливо здійснити, наприклад, металевою сіт- кою. (а) (б) Рисунок 2. Епюра вертикальних напружень σy навколо виїмкового штреку при традиційній технології відпрацювання з повним обваленням порід (а) та закладанні шахтних порід у вироблений простір (б) При аналізі епюри вертикальних напружень σy на глибині 300 м на обох рисунках 2 (а і б) видно, що уздовж верхньої та нижньої меж моделі встанов- люється майже рівномірний розподіл незначних стискаючих напружень σy, що, відповідно, не перевищує величини γН непорушеного масиву (6,0 МПа), а це в свою чергу вказує на достатність вжитих вертикальних розмірів моделі. У боках моделі діють також слабкі стискаючі напруження σy в межах 1,0 – 5,0 МПа. Характер розподілу поля вертикальних напружень показує, що основні об- ласті концентрації напружень навколо виїмкового штреку розташовуються: – покрівля виїмкового штреку; – підошва виїмкового штреку; – вугільний масиві у лівому боці виробки; Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24 59 – охоронна конструкція та гірський масив, що з нею контактує; – закладний та гірський масив, що контактують. Покрівля виїмкового штреку. При традиційній технології з повним обва- ленням порід та охороною штреку дерев’яною конструкцією в центральній частині покрівлі формується зона розвантаження. Безпосередньо на контурі покрівлі на відстань до 0,3 м діють розтягуючі напруження 0,4 – 0,9 МПа, які переходять в слабкі стискаючі напруження на рівні 1,0 – 4,0 МПа і розповсю- джуються на відстань від контуру вглиб масиву порід покрівлі до 1,2 м. Зага- лом зона розвантаження простягається від контуру вглиб масиву на 1,5 м. При формуванні закладного масиву у покрівлі штреку також формується зона ро- звантаження, проте її розмір складає 4,5 м, що в 3 рази більше, ніж при тра- диційній технології. Змінюється також і форма зони розвантаження – асиме- трична в сторону виробленого простору, адже жорсткість закладного масиву менше, ніж вугільного пласта з правого боку і тиск порід покрівлі на піддат- ливий закладний масив зумовлює зміну форми зони. На контурі порід покрі- влі на відстань до 0,4 м діють незначні розтягуючі напруження 0,2 – 0,5 МПа, які переходять в стискаючі 2,0 – 5,0 МПа і розповсюджуються вглиб на 4,0 м до рівня напружень непорушеного масиву. При обох технологіях концентра- ції розтягуючих напружень не призведуть до руйнування покрівлі, адже міц- ність на розтяг аргіліту складає 1,7 МПа, що має запас міцності. Підошва виїмкового штреку. При традиційній технології з повним обва- ленням порід і охоронною конструкцією на контурі підошви в її центрі напру- ження близькі до 0,0 МПа, проте ближче до правого та лівого боку виробки в підошві є концентрації розтягуючих напружень до 2,5 МПа, які швидко зату- хають на відстань вглиб підошви до 0,4 м. В центрі підошви виробки також формується зона розвантаження вглиб порід на відстань 3,3 м до величини напружень непорушеного масиву. Отже в правому та лівому боці підошви ви- робки з часом слід очікувати незначне здимання порід підошви, адже міцність на розтяг алевроліту складає 1,5 МПа. При формуванні закладного масиву у підошві виробки формується також зона розвантаження вглиб від контуру на 6,0 м. На контурі підошви виникають напруження близькі до 0,0 МПа. Зонду- вання величини напружень показує значення 0,0 – 0,1 МПа. У варіанті із за- кладним масивом здимання порід підошви не прогнозується. Вугільний масив у лівому боці виробки. При традиційній технології з пов- ним обваленням порід у вугільному масиві зліва виникає область стискаючих напружень зі значеннями від контуру боку виробки (вугільний пласт) від 17,0 до 6,0 МПа. Зона стискаючих напружень затухає на відстані вглиб масиву до 3,0 м. На контурі порід підошви вугільного пласта у лівому боці виникає кон- центрація стискаючих напружень 35,0 МПа, яка через 6,0 м вглиб масиву стрімко зменшується і складає вже 6,0 МПа. При закладному масиві геомеха- нічна ситуація в лівому боці виробки є аналогічною традиційній технології. При обох технологіях концентрації стискаючих напружень не призведуть до руйнування вугільного пласта у боці виробки, адже міцність на стиск вугілля складає 37,0 МПа, що має запас міцності. На контурі алевроліту підошви ву- гільного пласта слід очікувати незначне його руйнування, адже його міцність на стиск складає 15,0 МПа і, як наслідок, можливість деформації нижньої ча- стини стійки аркового кріплення. Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24 60 Охоронна конструкція (закладний масив) та гірський масив, що з нею кон- тактує. Як видно з епюр (рис. 2), в охоронній дерев’яній конструкції, а також у породах покрівлі та підошви кріплення виникають найбільші стискаючі на- пруження в досліджуваній області всієї моделі. В охоронній конструкції при традиційній технології з обваленням виникають критичні стискаючі напру- ження з величиною до 55,0 МПа, що дещо перевищує межу міцності на стиск вздовж волокон (50,0 МПа) вертикальних дерев’яних стійок накатного кос- тра. Прогнозується поступове вдавлювання накатного костра у підошву пла- ста та зменшення висоти виїмкової виробки. Проте, за рахунок зминання де- ревини та конструкції накатного костра виконання функції відпірної системи буде спостерігатись і надалі. В породах покрівлі та підошви навколо охоронної конструкції внаслідок відпору виникають також концентрації стискаючих напружень в 45,0 – 50,0 МПа на відстань вглиб 1,5 м (покрівля) та 2,0 м (підошва), що при- зведе до повного руйнування порід, адже величина аргіліту на стиск складає 20,0 МПа, а алевроліту – 15,0 МПа. Внаслідок руйнування порід над та під охоронною конструкцією вірогідним є формування бокового тиску зруйнова- них порід на рамне кріплення та асиметричну деформацію правої стійки, що встановлена поблизу охоронної конструкції. Це з часом призведе до необхід- ності перекріплення. При варіанті із закладним масивом стискаючі напруження у закладному масиву з правого боку виробки сягають 8,0 МПа, поступово зменшуючись за довжиною лави. Так, величина напружень у закладному масиві бокової правої межі моделі складає 6,5 МПа. Слід зазначити задовільний стан порід покрівлі пласта, де стискаючі напруження не перевищують 7,0 МПа і зменшуються вглиб покрівлі по вертикалі до рівня непорушеного масиву. В правому боці виробки безпосередньо на контурі порід покрівлі пласта діють незначні роз- тягуючі напруження 0,0 – 0,3 МПа, а у породах підошви пласта по висоті пі- дривки також виникає незначна локальна концентрація допустимих розтягу- ючих напружень до 1,3 МПа. Сприятливі геомеханічні умови підтримання правого боку виробки обумо- влені тим, що ущільнені пусті породи у виробленому просторі виконують під- датливу функцію і не допускають значних осідань породних шарів покрівлі. Вагома частина гірського тиску передається на закладний масив, що нівелює виникнення критичних напружень, які здатні призвести до знеміцнення порід та утворити навантаження на кріплення виробки. При традиційні технології вирішальним є виймальна потужність пласта, на яку опускаються породи покрівлі, що сприяє більшому тиску на охоронну конструкцію, відпір якої формує в області порід над ним область критичних руйнівних напружень, що знеміцнює породні шари. Суттєве зниження конце- нтрації напружень в породах покрівлі зі сторони закладного масиву є дуже позитивним ефектом при повторному використанні виробки, коли вона існує досить тривалий час. На основі проведених досліджень пропонується узагальнення отриманих даних щодо геомеханічної ситуації в масиві гірських порід навколо виїмко- вого штреку. Формування концентрацій напружень у породах від контуру ви- робки вглиб масиву враховано до появи величини напружень, що дорівнює Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24 61 гірському тиску непорушеного масиву (γH = 6,0 МПа). Аналітичні дані зве- дено у таблицю 2. Таблиця 2. Узагальнена геомеханічна оцінка напруженого стану контуру виїмкового штреку при різних технологіях управління покрівлею Область контуру виїмкового штреку Варіант управління покрівлею Повне обвалення + охоронна конструкція Формування закладного масиву Напруження, МПа Розмір зони, м Напруження, МПа Розмір зони, м Покрівля штреку 0,0 – 0,9 («+») 0,0 – 6,0 («–») 0,3 1,2 0,0 – 0,5 («+») 0,0 – 0,6 («–») 0,4 4,5 Підошва штреку 0,0 – 2,5 («+») 0,0 – 6,0 («–») 0,4 3,3 0,0 – 0,1 («+») 0,0 – 6,0 0,2 6,0 Вугільний пласт (лівий бік) 6,0 – 17,0 («–») 3,0 6,0 – 17,0 («–») 3,0 Охоронна конструкція (породна полоса): – породи покрівлі – породи підошви 55,0 («–») 6,0 – 45,0(«–») 6,0 – 45,0 («–») – 11,0 > 13,0 8,0 6,0 – 7,0 6,0 – 7,0 – 0,5 1,0 Примітка: «+» – розтягуюче напруження; «–» – стискаюче напруження Аналіз величин напружень з даних таблиці 2 вказує, що формування закла- дного масиву в порівнянні з варіантом «повне обвалення + охоронна конст- рукція» зменшує на 55% величину розтягуючих напружень у покрівлі штреку, на 95% – розтягуючі напруження у підошві штреку та на 85% величину на- пружень у покрівлі і підошві над охоронною конструкцією. Щодо розміру зон концентрацій напружень, то вони наступні: в 2 – 3 рази збільшується розмір зони розвантаження в породах покрівлі та підошві виїмкового штреку, що по- зитивно впливає на геомеханічну ситуацію та до 13 разів розмір зони стиска- ючих напружень в породах над і під охоронною конструкцією. Таким чином, можна стверджувати, що при формуванні породного закла- дного масиву у виробленому просторі лав суттєво змінюється та покращу- ється поле напружень навколо виїмкового штреку, що повторно використо- вується. Особливо це важливо, тому що з правого боку виробки над та під охоронною конструкцією виникає область розвитку руйнівних концентрацій напружень, що при традиційному видобуванні вугілля призводить до руйну- вання правої стійки і верхняка рамного кріплення та ремонту виробки. Закла- дання шахтних порід у вироблений простір лави створює умови, при яких знижуються концентрації напружень у породах зі сторони вийнятого вугіль- ного пласта, адже породні шари опускаються на закладний масив, при цьому їх прогин до появи критичних напружень припиняється. Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24 62 4. ВИСНОВКИ В представленому дослідженні вивчено геомеханічну ситуацію в масиві гірських порід навколо виїмкової виробки, що повторно використовується, в умовах шахт Західного Донбасу, коли у виробленому просторі очисного ви- бою формується ущільнений закладний породний масив. Обґрунтовано гео- механічні моделі для вивчення напруженого стану масиву навколо виїмкових штреків при порівнювальних варіантах відпрацювання вугільного пласта – традиційному з повним обваленням порід та спорудженням охоронної конс- трукції штреку та формуванням закладного масиву. Встановлено, що формування закладного масиву в порівняння з варіантом «повне обвалення + охоронна конструкція» суттєво зменшує величину розтя- гуючих напружень у покрівлі штреку, розтягуючих напружень у підошві штреку та величину напружень у покрівлі й підошві над охоронною констру- кцією. Встановлено, що при формуванні закладного масиву значно збільшу- ється до рівня непорушеного масиву розмір зони розвантаження в породах покрівлі та підошві штреку, а також розмір зони стискаючих напружень в по- родах над та під охоронною конструкцією. Закладання шахтних порід у вироблений простір лави створює умови, при яких знижуються концентрації напружень над та під охоронною конструк- цією внаслідок того, що породи опускаються на закладний масив і їх прогин до появи критичних напружень припиняється. Напрямами подальших досліджень повинні стати дослідження напруже- ного стану масиву при різних фізико-механічних властивостях, які зміню- ються внаслідок впливу ущільненням або зміцненням закладного масиву різ- ними способами. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Zhou, B., Yan, Y., Dai, H., Kang, J., Xie, X., & Pei, Z. (2022). Mining subsidence prediction model and parameters inversion in mountainous areas. Sustainability, 14(15), 9445. https://doi.org/10.3390/su14159445 2. Petlovanyi, M.V., Zubko, S.A., Popovych, V.V., & Sai, K.S. (2020). Physicochemical mechanism of structure formation and strengthening in the backfill massif when filling underground cavities. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, (6), 142- 150. https://doi.org/10.32434/0321-4095-2020-133-6-142-150 3. Zhu, W., Xu, J., Xu, J., Chen, D., & Shi, J. (2017). Pier-column backfill mining technology for controlling surface subsidence. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, (96), 58-65. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2017.04.014 4. Петльований, М.В., & Гайдай, О.А. (2017). Аналіз накопичення і систематиза- ція породних відвалів вугільних шахт, перспективи їх розробки. Геотехнічна меха- ніка, (136), 147-158. 5. Ghirian, A., & Fall, M. (2017). Properties of cemented paste backfill. Paste Tailings Management, 59-109. https://doi.org/10.1007/978-3-319-39682-8_4 6. Kuzmenko O., & Petlovanyi, M. (2015). Substantiation the expediency of fine gridding of cementing material during backfill works. Mining of Mineral Deposits, 9(2), 183-190. https://doi.org/10.15407/mining09.02.183 Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24 63 7. Кузьменко, А.М., Петлёваный, М.В., & Усатый, В.Ю. (2015). Твердеющая за- кладка при отработке рудных крутых залежей в сложных горно-геологических усло- виях. Днепропетровск: Национальный горный университет, 140 с. 8. Малашкевич, Д.С., Петльований, М.В., & Сай, К.С. (2021). Визначення раціо- нальних параметрів зведення закладних масивів при селективній технології вий- мання тонких вугільних пластів. Наукові праці ДонНТУ. Серія Гірничо-геологічна, 1(25)-2(26), 28-36. https://doi.org/10.31474/2073-9575-2021-1(25)-2(26)-28-36 9. Zhou, N., Zhang, J., Ouyang, S., Deng, X., Dong, C., & Du, E. (2020). Feasibility study and performance optimization of sand-based cemented paste backfill materials. Journal of Cleaner Production, (259), 120798. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.120798 10. Бондаренко, В.І., Ковалевська, І.А., Симанович, Г.А., Вівчаренко, О.В., Мали- хін, О.В., & Гусєв. О.С. (2014). Геомеханіка навантаження і розрахунок параметрів кріпильної й охоронної систем підготовчих виробок шахт Західного Донбасу. Дніп- ропетровськ: ЛізуновПрес, 228 с. 11. Солодянкін, О.В., Дудка, І.В., Терещук, Р.М., & Григор’єв, О.Є. (2017). Охо- рона підготовчих виробок, що використовують повторно, в умовах антрацитових шахт. Дніпро: Національний гірничий університет, 161 с. 12. Гріньов, В.Г., Хорольський, А.О., & Виноградов. Ю.О. (2019). Технологічні аспекти спорудження виробок у складних гідрогеологічних умовах. Геотехнічна ме- ханіка, (149), 132-141. 13. Sakhno, I.G., Sakhno, S.V., & Kamenets, V.I. (2022). Stress environment around head entries with pillarless gobside entry retaining through numerical simulation incorporating the two type of filling wall. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1049(1), 012011. https://doi.org/10.1088/1755- 1315/1049/1/012011 14. Курносов, С.А., Осенний, В.Я., Задерий, В.В., Цикра, А.А., & Аверкин, Д.И. (2015). Исследование влияния способов сооружения бетонных околоштрековых по- лос на их прочностные и деформационные параметры. Геотехнічна механіка, (122), 95-106. 15. Бузило, В.И., Сулаев, В.И., Кошка, А.Г., & Яворский, А.В. (2013). Технология отработки тонких пластов с закладкой выработанного пространства. Днепропе- тровск: Национальный горный университет, 124 с. 16. Petlovanyi, М.V., Мalashkevych, D.S., & Sai, K.S. (2020). The new approach to creating progressive and low-waste mining technology for thin coal seams. Journal of Geology, Geography and Geoecology, 29(4), 765-775. https://doi.org/10.15421/112069 17. Малашкевич, Д.С., Петольований, М.В., & Пойманов, С.М. (2021). Спосіб за- кладки виробленого простору. Патент на корисну модель № 147810. 18. Bondarenko, V., Kovalevska, I., Cawood, F., Husiev, O., Snihur, V., & Jimu, D. (2021). Development and testing of an algorithm for calculating the load on support of mine workings. Mining of Mineral Deposits, 15(1), 1-10. https://doi.org/10.33271/mining15.01.001 19. Петльований, М.В., & Сай, К.С. (2021). Моделювання напруженого стану за- кладного масиву при різних фізико-механічних властивостях. Вісті Донецького гір- ничого інституту, 1(48), 7-18. https://doi.org/10.31474/1999-981x-2021-1-7-18 20. Liu, H., Xiao, Y., Liu, K., Zhu, Y., & Zhang, P. (2022). Numerical simulation on backfilling of buried pipes using controlled low strength materials. Applied Sciences, 12(14), 6901. https://doi.org/10.3390/app12146901 21. Симанович, А.М. (1973). Совершенствование способов охраны подготовите- льных выработок. Донецк: Донбасс, 121 с. Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24 64 22. Shashenko, A., Gapieiev, S., & Solodyankin, A. (2009). Numerical simulation of the elastic-plastic state of rock mass around horizontal workings. Archives of Mining Sciences, 54(2), 341-348. 23. Iordanov, I., Novikova, Y., Simonova, Y., Yefremov, O., Podkopayev, Y., & Korol, A. (2020). Experimental characteristics for deformation properties of backfill mass. Mining of Mineral Deposits, 14(3), 119-127. https://doi.org/10.33271/mining14.03.119 24. Petlovanyi, M., Malashkevych, D., Sai, K., Bulat, I., & Popovych, V. (2021). Granulometric composition research of mine rocks as a material for backfilling the mined- out area in coal mines. Mining of Mineral Deposits, 15(4), 122-129. https://doi.org/10.33271/mining15.04.122 REFERENCES 1. Zhou, B., Yan, Y., Dai, H., Kang, J., Xie, X., & Pei, Z. (2022). Mining subsidence prediction model and parameters inversion in mountainous areas. Sustainability, 14(15), 9445. https://doi.org/10.3390/su14159445 2. Petlovanyi, M.V., Zubko, S.A., Popovych, V.V., & Sai, K.S. (2020). Physicochemical mechanism of structure formation and strengthening in the backfill massif when filling underground cavities. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, (6), 142- 150. https://doi.org/10.32434/0321-4095-2020-133-6-142-150 3. Zhu, W., Xu, J., Xu, J., Chen, D., & Shi, J. (2017). Pier-column backfill mining technology for controlling surface subsidence. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, (96), 58-65. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2017.04.014 4. Petlovanyi, M.V., & Haidai, O.A. (2017). Analiz nakopychennia i systematyzatsiia porodnykh vidvaliv vuhilnykh shakht, perspektyvy yikh rozrobky. Heotekhnichna mekhanika, (136), 147-158. 5. Ghirian, A., & Fall, M. (2017). Properties of cemented paste backfill. Paste Tailings Management, 59-109. https://doi.org/10.1007/978-3-319-39682-8_4 6. Kuzmenko O., & Petlovanyi, M. (2015). Substantiation the expediency of fine gridding of cementing material during backfill works. Mining of Mineral Deposits, 9(2), 183-190. https://doi.org/10.15407/mining09.02.183 7. Kuzmenko, A.M., Petlevanyy, M.V., & Usatyy, V.Yu. (2015). Tverdeyushchaya zakladka pri otrabotke rudnykh krutykh zalezhey v slozhnykh gorno-geologicheskikh usloviyakh. Dnepropetrovsk: Natsionalnyy gornyy universitet, 140 s. 8. Malashkevych, D.S., Petlovanyi, M.V., & Sai, K.S. (2021). Vyznachennia ratsionalnykh parametriv zve-dennia zakladnykh masyviv pry selektyvnii tekhnolohii vyimannia tonkykh vuhilnykh plastiv. Naukovi pratsi DonNTU. Seriia Hirnycho- heolohichna, 1(25)-2(26), 28-36. https://doi.org/10.31474/2073-9575-2021-1(25)-2(26)- 28-36 9. Zhou, N., Zhang, J., Ouyang, S., Deng, X., Dong, C., & Du, E. (2020). Feasibility study and performance optimization of sand-based cemented paste backfill materials. Journal of Cleaner Production, (259), 120798. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.120798 10. Bondarenko, V.I., Kovalevska, I.A., Symanovych, H.A., Vivcharenko, O.V., Malykhin, O.V., & Husiev. O.S. (2014). Heomekhanika navantazhennia i rozrakhunok parametriv kripylnoi y okhoronnoi system pidhotov-chykh vyrobok shakht Zakhidnoho Donbasu. Dnipropetrovsk: LizunovPres, 228 s. 11. Solodiankin, O.V., Dudka, I.V., Tereshchuk, R.M., & Hryhor’iev, O.Ye. (2017). Okhorona pidhotovchykh vyro-bok, shcho vykorystovuiut povtorno, v umovakh antratsytovykh shakht. Dnipro: Natsionalnyi hirnychyi universytet, 161 s. Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24 65 12. Hrinov, V.H., Khorolskyi, A.O., & Vynohradov. Yu.O. (2019). Tekhnolohichni aspekty sporudzhennia vyrobok u skladnykh hidroheolohichnykh umovakh. Heotekhnichna mekhanika, (149), 132-141. 13. Sakhno, I.G., Sakhno, S.V., & Kamenets, V.I. (2022). Stress environment around head entries with pillarless gobside entry retaining through numerical simulation incorporating the two type of filling wall. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1049(1), 012011. https://doi.org/10.1088/1755- 1315/1049/1/012011 14. Kurnosov, S.A., Osenniy, V.Ya., Zaderiy, V.V., Tsikra, A.A., & Averkin, D.I. (2015). Issledovanie vliyaniya sposobov sooruzheniya betonnykh okoloshtrekovykh polos na ikh prochnostnye i deformatsionnye parametry. Heotekhnichna mekhanika, (122), 95- 106. 15. Buzilo, V.I., Sulaev, V.I., Koshka, A.G., & Yavorskiy, A.V. (2013). Tekhnologiya otrabotki tonkikh plastov s zakladkoy vyrabotannogo prostranstva. Dnepropetrovsk: Natsional’nyy gornyy universitet, 124 s. 16. Petlovanyi, М.V., Мalashkevych, D.S., & Sai, K.S. (2020). The new approach to creating progressive and low-waste mining technology for thin coal seams. Journal of Geology, Geography and Geoecology, 29(4), 765-775. https://doi.org/10.15421/112069 17. Malashkevych, D.S., Petolovanyi, M.V., & Poimanov, S.M. (2021). Sposib zakladky vyroblenoho pro-storu. Patent na korysnu model № 147810. 18. Bondarenko, V., Kovalevska, I., Cawood, F., Husiev, O., Snihur, V., & Jimu, D. (2021). Development and testing of an algorithm for calculating the load on support of mine workings. Mining of Mineral Deposits, 15(1), 1-10. https://doi.org/10.33271/mining15.01.001 19. Petlovanyi, M.V., & Sai, K.S. (2021). Modeliuvannia napruzhenoho stanu zakladnoho masyvu pry riz-nykh fizyko-mekhanichnykh vlastyvostiakh. Visti Donetskoho hirnychoho instytutu, 1(48), 7-18. https://doi.org/10.31474/1999-981x-2021-1-7-18 20. Liu, H., Xiao, Y., Liu, K., Zhu, Y., & Zhang, P. (2022). Numerical simulation on backfilling of buried pipes using controlled low strength materials. Applied Sciences, 12(14), 6901. https://doi.org/10.3390/app12146901 21. Simanovich, A.M. (1973). Sovershenstvovanie sposobov okhrany podgotovitel’nykh vyrabotok. Do-netsk: Donbass, 121 s. 22. Shashenko, A., Gapieiev, S., & Solodyankin, A. (2009). Numerical simulation of the elastic-plastic state of rock mass around horizontal workings. Archives of Mining Sciences, 54(2), 341-348. 23. Iordanov, I., Novikova, Y., Simonova, Y., Yefremov, O., Podkopayev, Y., & Korol, A. (2020). Experimental characteristics for deformation properties of backfill mass. Mining of Mineral Deposits, 14(3), 119-127. https://doi.org/10.33271/mining14.03.119 24. Petlovanyi, M., Malashkevych, D., Sai, K., Bulat, I., & Popovych, V. (2021). Granulometric composition research of mine rocks as a material for backfilling the mined- out area in coal mines. Mining of Mineral Deposits, 15(4), 122-129. https://doi.org/10.33271/mining15.04.122 ABSTRACT (IN UKRAINIAN) Мета. Дослідження впливу формування закладного породного масиву у ви- робленому просторі лави на геомеханічну ситуацію масиву гірських порід на- вколо виїмкового штреку. Методика. Для досягнення мети використано чисельне моделювання мето- дом скінченних елементів за допомогою програмного комплексу SolidWorks. Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24 66 Досліджувалась геомеханічна ситуація навколо виїмкового штреку, що по- вторно використовується, при традиційній технології видобутку з повним об- валенням порід покрівлі й охоронною конструкцією та технологія з форму- ванням закладного масиву у виробленому просторі лави. Геомеханічна оцінка надавалась на основі вивчення вертикальної компоненти напружень. Результати. Обґрунтовано геомеханічні моделі для вивчення напруженого стану масиву навколо виїмкових штреків при порівнювальних варіантах від- працювання вугільного пласта. Встановлено, що формування закладного ма- сиву в порівняння з варіантом «повне обвалення + охоронна конструкція» суттєво зменшує величину розтягуючих напружень у покрівлі штреку, розтя- гуючих напружень у підошві штреку та величину напружень у покрівлі й пі- дошві над охоронною конструкцією. Встановлено, що при формуванні заклад- ного масиву значно збільшується до рівня непорушеного масиву розмір зони розвантаження в породах покрівлі та підошві штреку і розмір зони стискаючих напружень в породах над та під охоронною конструкцією. Наукова новизна. Виявлено особливості характеру розподілу напружень в масиві гірських порід при формуванні закладного масиву з шахтних порід у виробленому просторі лави, що свідчить про більш сприятливі умови підтри- мання виїмкових штреків позаду очисного вибою, ніж варіант з повним обва- ленням порід та спорудженням охоронної конструкції. Практична значимість. Формування породної закладної смуги у виробле- ному просторі очисних вибоїв дозволяє зменшити інтенсивність гірського ти- ску та зберегти виїмкову виробку у задовільному стані для повторного її ви- користання. Ключові слова: виїмкових штрек, геомеханічна модель, чисельне моделю- вання, напруження, гірський масив, закладний масив, повне обвалення, охо- ронна конструкція ABOUT AUTHORS Petlovanyi Mykhailo, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Dnipro University of Technology, Associate Professor of the Mining Engineering and Education Department, 19 Yavornytskoho Avenue, Dniprо, Ukraine, 49005, E-mail: petlyovany@ukr.net Malashkevych Dmytro, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Dnipro University of Technology, Associate Professor of the Mining Engineering and Education Department, 19 Yavornytskoho Avenue, Dniprо, Ukraine, 49005, E-mail: malashkevychnmu@gmail.com Sai Kateryna, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Dnipro University of Technology, Associate Professor of the Mining Engineering and Education Department, 19 Yavornytskoho Avenue, Dniprо, Ukraine, 49005, E-mail: kateryna.sai@gmail.com

Геомеханічна оцінка впливу закладного масиву на стійкість виїмкового штреку при розробці тонких вугільних пластів

Institution

Ähnliche Einträge