Маркшейдерський моніторинг стану гірничих виробок в умовах розробки зближених вугільних пластів як важливий елемент забезпечення безпеки праці та захисту шахтарів
DOI:
https://doi.org/10.26642/ten-2024-2(94)-258-267Ключові слова:
маркшейдерський замір, гірничі виробки, цілик, зона підвищеного гірничого тиску, напружено-деформований стан, моніторинг виробокАнотація
Підвищення рентабельності гірничодобувних підприємств і забезпечення безпеки гірничих робіт значною мірою залежать від вибору раціонального й економічно вигідного варіанта ведення гірничих робіт. Пошук таких варіантів, їх порівняння та обґрунтування мають свої особливості під час відпрацювання пластових родовищ. А саме доводиться враховувати відмінність у геометричних розмірах очисних виробок і потужності пласта, вплив ціликів і крайових частин суміжних пластів, наявність тектонічних порушень. Ці особливості для ефективного ведення гірничих робіт вимагають кількісної оцінки напруженого стану масиву гірських порід. Метою роботи є дослідження поведінки масиву в зонах підвищеного гірничого тиску, оцінка його напружено-деформованого стану для обґрунтування оптимальних параметрів ціликів, що в умовах зближених пластів Західного Донбасу є вельми актуальним науковим завданням. Моделювання напружено-деформованого стану гірничого масиву виконувалося методом скінченних елементів у програмному продукті Solid Works. Напруги масиву гірських порід визначали за різних параметрів цілика від 25 до 40 метрів з інтервалом у 2 метри. Встановлено, що за розміру цілика 37 м напруження за контуром підготовчих виробок будуть порівнянними з напруженнями від впливу тільки рухомої лави. За розміру цілика 25 м, що відповідає величині фактично залишеного цілика, напруження в 4 рази перевищують аналогічні за відсутності впливу лави. Ці напруження є критичними для ділянок підготовчих штреків, які потрапляють до зони ПГТ, що неминуче призведе до істотних деформацій підготовчих виробок і необхідності їхнього перекріплення. У роботі наведено результати маркшейдерського моніторингу стану виробок у міру наближення очисного вибою до моменту його зупинки. Виконано аналіз відповідності результатів моделювання з маркшейдерськими вимірами конвергенції виробок і аналізом фактичного стану виробок.
Посилання
Cheng, G., Li, L., Zhu, W. et al. (2019), «Microseismic investigation of mining-induced brittle fault activation in a Chinese coal mine», Int. J. Rock Mech. Min. Sci., No. 123, doi: 10.1016/j.ijrmms.2019.104096.
Li, Q., Li, J., Zhang, J. et al. (2019), «Numerical Simulation Analysis of New Steel Sets Used for Roadway Support in Coal Mines», Metals, No. 9, doi: 10.3390/met9050606.
Rułka, K., Mateja, J., Kowalski, E. et al. (2021), Simplified Rules for the Selection of Frame Support for Roadway Workings in Hard Coal Mining Plants, Central Mining Institute Publishing House, Katowice, Poland, pp. 1–30.
Xie, Z., Zhang, N., Wei, Q. et al. (2021), «Study on Mechanical Properties and Application of a New Flexible Bolt», Appl. Sci., No. 11, doi: 10.3390/app11030924.
Krukovskyi, O., Krukovska, V., Kurnosov, S. et al. (2023), «The use of steel and injection rock bolts to support mine workings when crossing tectonic faults», IOP Conference. Series. Earth and Environmental Science, Vol. 1156 (1), doi: 10.1088/1755-1315/1156/1/012024.
Wang, J., Apel, D.B., Xu, H. et al. (2022), «Evaluation of the Effects of Yielding Rockbolts on Controlling Self-Initiated Strainbursts: A Numerical Study», Energies, No. 15, doi: 10.3390/en15072574.
Šňupárek, R. and Konečný, P. (2010), «Stability of roadways in coalmines alias rock mechanics in practice», J. Rock Mech. Geotech. Eng., No. 2, pp. 281–288, doi: 10.3724/SP.J.1235.2010.00281.
Shan, R., Li, Z., Wang, C. et al. (2021), «Research on the mechanism of asymmetric deformation and stability control of near-fault roadway under the influence of mining», Eng. Fail. Anal., No. 127, doi: 10.1016/j.engfailanal.2021.105492.
Mei, Y., Li, W., Yang, N. et al. (2020), «Failure Mechanism and Optimization of Arch-Bolt Composite Support for Underground Mining Tunnel», Adv. Civ. Eng., Vol. 2020, doi: 10.1155/2020/5809385.
Kang, H., Jiang, P., Wu, Y. and Gao, F. (2021), «A combined “ground support-rock modification-destressing” strategy for 1000-m deep roadways in extreme squeezing ground condition», Int. J. Rock Mech. Min. Sci., No. 142, doi: 10.1016/j.ijrmms.2021.104746.
Zberovskyi, V., Bubnova, O. and Babii, K. (2018), «Specifics of hydro-loosening of coal seams with account of rocks displacement parameters», E3S Web Conferences, Ukrainian School of Mining Engineering, No. 60, doi: 10.1051/e3sconf/20186000025.
Roztashuvannia, okhorona ta pidtrymannia hirnychykh vyrobok pid chas vidpratsiuvannia vuhilnykh plastiv na shakhti, metodychni rekomendatsii (1998), UkrNIMI, 149 p.
Ministerstvо enerhetyky Ukrainy (2022), Instruktsiia z zabezpechennia stiikosti dilnychnykh vyrobok dlia povtornoho vykorystannia na vuhilnykh shakhtakh, Nakaz vid 10.11.2022 roku, No. 378, [Online], available at: https://ips.ligazakon.net/document/RE39001?an=20/
Vkazivky z upravlinnia hirnychym tyskom v ochysnykh vyboiakh v ochysnykh vyboiakh pid (nad) tsilykamy i kraiovymy chastynamy pid chas rozroblennia svyty vuhilnykh plastiv potuzhnistiu do 3,5 m z kutom padinnia do 35º (1984), L., 62 p.
Burtan, Z., Zorychta, A., Cieślik, J. and Chlebowski, D. (2014), «Influence of mining operating conditions on fault behavior», Arch. Min. Sci., No. 59, pp. 691–704, doi: 10.2478/amsc-2014-0048.
Skrzypkowski, K., Zagórski, K., Zagórska, A. et al. (2022), «Choice of the Arch Yielding Support for the Preparatory Roadway Located near the Fault», Energies, No. 15, doi: 10.3390/en15103774.
Yang, W., Lin, B., Qu, Y. et al. (2011), «Stress Evolution with Time and Space During Mining of a Coal Seam», Int. J. Rock Mech. Min. Sci., No. 48, pp. 1145–1152, doi: 10.1016/j.ijrmms.2011.07.006.
Kuchin, O., Brui, H. and Yankin, O. (2023), «Modeliuvannia Prostorovoho Zmishchennia Tochok Zemnoi Poverkhni za Rezultatamy Heodezychnykh Sposterezhen», Prostorovyi rozvytok, naukovyi zbirnyk, KNUBA, No. 3, pp. 122–131, doi: 10.32347/2786-7269.2023.3.122-133.
Kuchin, O., Brui, H., Yankin, O. and Ishutina, H. (2023), «The relationship between lowering the Earthʼs surface and bearing pressure above the advancing longwall face», JGD, Vol. 1, No. 34, pp. 28–36, doi: 10.23939/jgd2023.01.028.
Bazaluk, O., Kuchyn, O., Saik, P. et al. (2023), «Impact of ground surface subsidence caused by underground coal mining on natural gas pipeline», Scientific Reports, No. 13, doi: 10.1038/s41598-023-46814-5.
Bubnova, O. (2024), «Regularities of subsidence development during multiple underworking of the earthʼs surface in the Lviv-Volyn coal basin conditions», IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci., Vol. 1348, doi: 10.1088/1755-1315/1348/1/012065.
Yasitli, N. and Unver, B. (2005), «3D Numerical Modeling of Longwall Mining with Top-coal Caving», Int J Rock Mech Min Sci., Vol. 42, Issue 2, pp. 219–235, doi: 10.1016/j.ijrmms.2004.08.007.
Unver, B. and Yasitli, N. (2006), «Modelling of Strata Movement with a Special Reference to Caving Mechanism in Thick Seam Coal Mining», Int J Coal Geol, Vol. 66, Issue 4, pp. 227–252, doi: 10.1016/j.coal.2005.05.008.
Список використаної літератури:
Microseismic investigation of mining-induced brittle fault activation in a Chinese coal mine / G.Cheng, L.Li, W.Zhu and other // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. – 2019. – No. 123. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2019.104096.
Numerical Simulation Analysis of New Steel Sets Used for Roadway Support in Coal Mines / Q.Li, J.Li, J.Zhang and other // Metals. – 2019. – No. 9. DOI: 10.3390/met9050606.
Simplified Rules for the Selection of Frame Support for Roadway Workings in Hard Coal Mining Plants / K.Rułka, J.Mateja, E.Kowalski and other. – Katowice, Poland : Central Mining Institute Publishing House, 2001. – Р. 1–30.
Study on Mechanical Properties and Application of a New Flexible Bolt / Z.Xie, N.Zhang, Q.Wei and other // Appl. Sci. – 2021. – No. 11. DOI: 10.3390/app11030924.
The use of steel and injection rock bolts to support mine workings when crossing tectonic faults / O.Krukovskyi, V.Krukovska, S.Kurnosov and other // IOP Conference. Series : Earth and Environmental Science. – 2023. – Vol. 1156 (1). DOI: 10.1088/1755-1315/1156/1/012024.
Evaluation of the Effects of Yielding Rockbolts on Controlling Self-Initiated Strainbursts: A Numerical Study / J.Wang, D.B. Apel, H.Xu and other // Energies. – 2022. – No. 15. DOI: 10.3390/en15072574.
Šňupárek R. Stability of roadways in coalmines alias rock mechanics in practice / R.Šňupárek, P.Konečný // J. Rock Mech. Geotech. Eng. – 2010. – No. 2. – Р. 281–288. DOI: 10.3724/SP.J.1235.2010.00281.
Research on the mechanism of asymmetric deformation and stability control of near-fault roadway under the influence of mining / R.Shan, Z.Li, C.Wang and other // Eng. Fail. Anal. – 2021. – No. 127. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2021.105492.
Failure Mechanism and Optimization of Arch-Bolt Composite Support for Underground Mining Tunnel / Y.Mei, W.Li, N.Yang and other // Adv. Civ. Eng. – 2020. – Vol. 2020. DOI: 10.1155/2020/5809385.
A combined «ground support-rock modification-destressing» strategy for 1000-m deep roadways in extreme squeezing ground condition / H.Kang, P.Jiang, Y.Wu, F.Gao // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. – 2021. – No. 142. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2021.104746.
Zberovskyi V. Specifics of hydro-loosening of coal seams with account of rocks displacement parameters / V.Zberovskyi, O.Bubnova, K.Babii // E3S Web Conferences, Ukrainian School of Mining Engineering. – 2018. – No. 60. DOI: 10.1051/e3sconf/20186000025.
Розташування, охорона та підтримання гірничих виробок під час відпрацювання вугільних пластів на шахті : методичні рекомендації. – УкрНІМІ, 1998. – 149 с.
Інструкція з забезпечення стійкості дільничних виробок для повторного використання на вугільних шахтах : наказ Міністерства енергетики України від 10.11.2022 року. – № 378 [Електронний ресурс]. – Режим доступу : https://ips.ligazakon.net/document/RE39001?an=20/.
Вказівки з управління гірничим тиском в очисних вибоях в очисних вибоях під (над) ціликами і крайовими частинами під час розроблення свити вугільних пластів потужністю до 3,5 м з кутом падіння до 350. – Л., 1984. – 62 с.
Influence of mining operating conditions on fault behavior / Z.Burtan, A.Zorychta, J.Cieślik, D.Chlebowski // Arch. Min. Sci. – 2014. – No. 59. – Р. 691–704. DOI: 10.2478/amsc-2014-0048.
Choice of the Arch Yielding Support for the Preparatory Roadway Located near the Fault / K.Skrzypkowski, K.Zagórski, A.Zagórska and other // Energies. – 2022. – No. 15. DOI: 10.3390/en15103774.
Stress Evolution with Time and Space During Mining of a Coal Seam / W.Yang, B.Lin, Y.Qu and other // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. – 2011. – No. 48. – Р. 1145–1152. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2011.07.006.
Кучин О.С. Моделювання просторового зміщення точок земної поверхні за результатами геодезичних спостережень / О.С. Кучин, Г.В. Бруй, О.Є. Янкін // Просторовий розвиток : науковий збірник. – К. : КНУБА, 2023. – Вип. 3. – С. 122–131. DOI: 10.32347/2786-7269.2023.3.122-133.
The relationship between lowering the Earthʼs surface and bearing pressure above the advancing longwall face / O.Kuchin, H.Brui, O.Yankin, H.Ishutina // JGD. – 2023. – Vol. 1, № 34. – Р. 28–36. DOI: 10.23939/jgd2023.01.028.
Impact of ground surface subsidence caused by underground coal mining on natural gas pipeline / O.Bazaluk, O.Kuchyn, P.Saik and other // Scientific Reports. – 2023. – No. 13. DOI: 10.1038/s41598-023-46814-5.
Bubnova O. Regularities of subsidence development during multiple underworking of the earthʼs surface in the Lviv-Volyn coal basin conditions / O.Bubnova // IOP Conf. Ser. : Earth Environ. Sci. – 2024. – Vol. 1348. DOI: 10.1088/1755-1315/1348/1/012065.
Yasitli N. 3D Numerical Modeling of Longwall Mining with Top-coal Caving / N.Yasitli, B.Unver // Int J Rock Mech Min Sci. – 2005. – Vol. 42, Issue 2. – Р. 219–235. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2004.08.007.
Unver B. Modelling of Strata Movement with a Special Reference to Caving Mechanism in Thick Seam Coal Mining / B.Unver, N.Yasitli // Int J Coal Geol. – 2006. – Vol. 66, Issue 4. – Р. 227–252. DOI: 10.1016/j.coal.2005.05.008.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Валентин Олексійович Назаренко, Ганна Валеріївна Бруй, Олександр Сергійович Кучин, Андрій Олексійович Криворучко, Сергій Станіславович Іськов
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автор, який подає матеріали до друку, зберігає за собою всі авторські права та надає відповідному виданню право першої публікації, дозволяючи розповсюджувати даний матеріал із зазначенням авторства та джерела первинної публікації, а також погоджується на розміщення її електронної версії на сайті Національної бібліотеки ім. В.І. Вернадського.
