ANALYSIS OF METHODS FOR DETERMINING THE LOADS ON THE SUPPORT IN CONDITIONS OF EXTREME STRESS-STRAIN STATE OF THE ARRAY
DOI:
https://doi.org/10.25635/2313-1586.2025.03.059Keywords:
underground mine workings, support system, limit-state stress-strain behavior, analytical models, dilatancy, rock pressure, stabilityAbstract
The article analyzes methods for calculating support systems in underground mine workings under conditions of limit-state stress-strain behavior of rock mass. Key factors affecting excavation stability are examined, including geomechanical properties of rocks, rock pressure, failure zones, and dilatancy processes. Particular attention is given to analytical models (by Fenner, Labasse, Liberman, Shashenko, Litvinsky, etc.) used for support parameter prediction.
The study demonstrates that traditional methods based on simplified static models fail to account for actual stress-strain behavior, leading to overestimated safety factors and limited applicability in complex geomechanical conditions. The importance of considering dilatancy, temporal and spatial strength variations, and support-rock interaction is emphasized.
Despite theoretical rigor, modern methodologies exhibit significant limitations: challenges in determining parameters of fractured rock mass (residual strength, modulus degradation), contradictions in assessing support resistance effects, and restricted practical applicability. Hybrid approaches combining analytical solutions with empirical coefficients (e.g., Litvinsky's method) show particular promise.
The conclusions highlight the need for further research incorporating numerical modeling, laboratory, and field experiments to develop more accurate and practical support design methods. Optimizing the balance between model sophistication and practical implementation remains crucial for ensuring underground excavation stability.
References
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.
