АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗОК НА КРЕПЬ В УСЛОВИЯХ ЗАПРЕДЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА
DOI:
https://doi.org/10.25635/2313-1586.2025.03.059Ключевые слова:
подземные горные выработки, крепь, запредельное напряженно-деформированное состояние, аналитические модели, дилатансия, горное давление, устойчивостьАннотация
Статья посвящена анализу методов расчета крепи подземных горных выработок в условиях запредельного напряженно-деформированного состояния массива. Рассматриваются ключевые факторы, влияющие на устойчивость выработок: геомеханические свойства пород, горное давление, зоны разрушения и дилатансионные процессы. Особое внимание уделено аналитическим моделям (Феннера, Лабасса, Либермана, Шашенко, Литвинского и др.), используемым для прогнозирования параметров крепи.
Показано, что традиционные методы, основанные на упрощенных статических моделях, не учитывают реальное напряженно-деформированное состояние массива, что приводит к завышению коэффициентов запаса и ограничивает их применение в сложных горно-геологических условиях. Подчеркивается важность учета дилатансии, временных и пространственных изменений прочности пород, а также взаимодействия крепи с массивом.
Отмечается, что современные методики, несмотря на теоретическую строгость, облада-
ют существенными недостатками: сложностью определения параметров разрушенного массива (остаточная прочность, модуль спада), противоречиями в оценке влияния отпора крепи, ограниченной применимостью в инженерной практике. Наиболее перспективными признаны подходы, сочетающие аналитические решения с эмпирическими коэффициентами (например, метод Литвинского).
Выводы статьи подчеркивают необходимость дальнейших исследований, включающих численное моделирование, лабораторные и натурные эксперименты для разработки более точных и практико-ориентированных методик расчета крепи. Оптимизация баланса между детализацией модели и ее практической реализуемостью остается ключевой задачей в обеспечении устойчивости подземных выработок.
Библиографические ссылки
1. Каюмова А.Н., Харисов Т.Ф., Рыбак С.А., 2018. О современном состоянии нормативной документации по креплению горных выработок. Проблемы недропользования, № 4 (19), С. 107–113.
2. Каюмова А.Н., Харисов Т.Ф., Рыбак С.А., 2018. О проблемах обеспечения безопасности в процессе проходки и крепления выработок. Известия высших учебных заведений. Горный журнал, № 7, С. 115–122.
3. Харисов Т.Ф., Антонов В.А., 2014. Обеспечение устойчивости крепи в про-цессе строительства вертикальных стволов. Проблемы недропользования, № 1 (1), С. 65 69.
4. Харисов Т.Ф., 2017. Исследования конвергенции породных стенок ствола в условиях запредельного состояния призабойного массива. Известия высших учебных заведений. Горный журнал, № 5, С. 46–51.
5. Geomaterials and recent developments in micro-mechanical numerical models. ISRM News Journal, 1997, Vol. 4, Number 2, P. 11–14.
6. Вопросы теории горного давления: сб. переводов. Под ред. П.И. Городецкого, А. А. Борисова. Москва: Госгортехиздат, 1961, 300 с.
7. Заславский Ю.З., 1963. Проявления горного давления в глубоких шахтах Дон-басса. Москва: Недра, 238 с.
8. Либерман Ю.М., 1969. Давление на крепь капитальных выработок. Москва: Наука, 119 с.
9. Jovanović Petar, 1994. Proektovanje i proraćun podgrade horizontalnih podzemnih prostorija. T. 2 Belgrad: Rudarsko-geolośki fakultet Univerziteta, 316 str.
10. Tajduś Antoni, Gała Marek, Tajduś Krzysztof, 2012. Geomechanika w budovnic-twie podziemnym. Projectowanie i budowa tuneli. Krakow: Akademija AGH, 762 p.
11. Беляков Н.А., Карасев М.А., Трушко В.Л., 2019. Механика сплошной среды: учебное пособие. Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский горный университет, 114 с.
12. Баклашов И.В., Борисов В.Н., Картозия Б.А., Шашенко А.Н., 2004. Геомеханика: учебник для вузов. Т. 1. Москва: Изд-во МГГУ, 249 с. ISBN 5-7418-0326-1.
13. Балек А.Е., Харисов Т.Ф., Коптяков Д.А., 2024. Обоснование хрупкого ре-жима разрушения низкопрочных сильнотрещиноватых массивов скальных горных по-род. Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле, № 4, С. 795 811.
14. Чанышев А.И., Абдулин И.М., 2014. Определение напряженно-деформированного состояния массива пород вокруг выработки произвольного сечения по данным измерений смещений на ее поверхности. ФТПРПИ, № 1, С. 23–29.
15. Чанышев А.И., Абдулин И.М., 2023. Определение смещений контура горных выработок после их образования. Горный информационно-аналитический бюллетень, № 10, С. 20–30.
16. Беляков Н.А., Емельянов И.А., 2022. Развитие подхода к обработке результатов измерений напряженного состояния методом кольцевой разгрузки. Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле, № 2, С. 192–208.
17. Хлопцов В.Г., 2022. Запредельное деформирование и разрушение породных массивов. Ижевск: ИКИ, 140 с. ISBN 978-5-4344-0967-4.
18. Ботвенко Д.В., Казанцев В.Г., Ли Хи Ун, 2019. Управление состоянием массива у круговых выработок с учетом нелинейно-упругого поведения горных пород. Уголь, № 2, С. 31–36.
19. Мирсалимов В.М., Гасанов Ф.Ф., 2022. Решение упругопластической задачи для трещиноватого массива, ослабленного круговым отверстием. Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле, № 1, С. 332–345. DOI: 10.46689/2218-5194-2022-1-1-332-345.
20. Качурин Н.М., Захаров Е.И., Соловьев Д.А., Соловьев Р.А., 2022. Напряженно-деформированное состояние горного массива и крепи при строительстве подземных сооружений. Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле, № 1, С. 355–362. DOI: 10.46689/2218-5194-2022-1-1-355-362.
21. Карасев М.А., Тиен Тай Нгуен, 2022. Метод прогноза напряженного состояния обделки подземных сооружений квазипрямоугольной и арочной форм. Записки Горного института, Т. 257, С. 807–821. DOI:10.31897/PMI. 2022.17.
22. Зуев Б.Ю., 2021. Методология моделирования нелинейных геомеханических процессов в блочных и слоистых горных массивах на моделях из эквивалентных материалов. Записки Горного института, Т. 250, С. 542–553. DOI: 10.31897/PMI.2021.4.6.
23. Алиев С.Б., Демин В.Ф., Кайназаров А.С., 2023. Оценка состояния приконтурного горного массива на сопряжении лавы с примыкающей выемочной выработкой. Уголь, № 1, С. 35–39. DOI: 10.18796 /0041-5790-2023-1-35-39.
24. Вербило П.Э., Иовлев Г.А., Петров Н.Е., Павленко Г.Д., 2022. Применение технологий информационного моделирования для маркшейдерского обеспечения ведения горных работ. Горный информационно-аналитический бюллетень, № 6-2, С. 60–79. DOI: 10.25018/02361493202262060.
25. Ignatiev S.A., Sudarikov A.E., Imashev A.Zh., 2021. Determination of the stress-strain state of rock mass and zone of inelastic deformation around underground mine excavation using modern methods of numerical modeling. Journal of Sustainable Mining, Vol. 20, no. 3, Article 7. DOI: 10.46873/2300-3960.1324.
26. Деев П.В., Цуканов А.А., 2022. Влияние границы раздела пород на напряженное состояние массива в окрестности горной выработки. Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле, № 1, С. 448–457. DOI: 10.46689/2218-5194-2022-1-1-448-457.
27. Третенков И.В., Лукьянов В.Г., 2015. Устойчивость горных выработок. Томск: Издательский дом ТГУ, 132 с.
28. Протосеня А.Г., Третенков И.В., Тулин П.К., Шубин А.А., 2024. Метод прогноза перемещений пород вокруг подготовительных выработок на больших глубинах при разработке угольных месторождений. Горный информационно-аналитический бюллетень, № 8, С. 63–78. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_8_0_63.
29. Картозия Б.А., 2023. Об одной юбилейной дате и ситуации в аналитической геомеханике. Горный информационно-аналитический бюллетень, № 10, С. 14–18.
30. Картозия Б.А., 2013. Традиционная инженерная задача геомеханики. Горный информационно-аналитический бюллетень, № 1, С. 236–245.
31. Шашенко А.Н., Гапеев С.Н., 2011. Упруго-пластическая задача плоского деформирования среды с разупрочнением вокруг отверстия круглой формы. Горный информационно-аналитический бюллетень, № 3, С. 278–282.
32. Терещук Р.Н., 2013. Управление устойчивостью горных выработок с анкер-ной крепью. Горный информационно-аналитический бюллетень, № S1, С. 140–151.
33. Шашенко А.Н., Тулуб С.Б., Сдвижкова Е.А., 2001. Некоторые задачи статистической геомеханики. Киев: Пульсари, 243 с.
34. Шашенко А.Н., Солодянкин А.В., Гапеев С.Н., 2005. Определение напряженно-деформированного состояния породного массива с учетом эффекта разупрочнения в зоне разрыхления. Разработка рудных месторождений, Вып. 88, С. 44–49.
35. Литвинский Г.Г., 2017. Запредельное поведение пород вокруг горной выработки (порождающее решение). Сборник научных трудов ГОУ ВПО ЛНР «ДонГТУ», № 6 (49), С. 5–14.
36. Литвинский Г.Г., 2017. Статика разрушения и деформирования пород вокруг горной выработки. Сборник научных трудов ГОУ ВПО ЛНР «ДонГТУ», Вып. 7 (50), С. 19–30.
37. Литвинский Г.Г., 2018. Кинетика разрушения и деформирования пород вокруг горной выработки. Сборник научных трудов ГОУ ВПО ЛНР «ДонГТУ», № 10 (53), С. 5–16.
38. Черняк И.Л., 1993. Повышение устойчивости подготовительных выработок. Москва: Недра, 256 с.
39. Литвинский Г.Г., 2017. Обоснование минимального отпора крепи в горной выработке. Сборник научных трудов ГОУ ВПО ЛНР «ДонГТУ», № 6 (49), С. 15–25.
40. Литвинский Г.Г., 2020. Размеры и конфигурация зоны запредельных де-формаций вокруг выработки. Сборник научных трудов ГОУ ВО ЛНР «ДонГТИ», № 20 (63), С. 5–17.
41. Литвинский Г.Г., 2023. Основные режимы работы и геомеханические пара-метры взаимодействия крепи с горным массивом. Наукоемкие технологии и оборудование в промышленности и строительстве, № 1 (75), С. 5–15.
42. Литвинский Г.Г., 2008. Аналитическая теория прочности горных пород и массивов. Донецк: Норд-Пресс, 207 с.
43. Литвинский Г.Г., 2019. Развитие единой теории прочности и закономерно-сти разрушения. Сборник научных трудов ГОУ ВПО ЛНР «ДонГТУ», № 13 (56), С. 5–18.
44. Шашенко А.Н., Солодянкин А.В., Смирнов А.В., 2015. Пучение пород почвы в выработках угольных шахт. Днепропетровск: ТОВ «Лiзунов-Прес», 256 с.
