НЕДРА


Оригинальная статья

 

УДК 622.838.5:517.11.001.57 © Е.А. Кузин, К.В. Халкечев, 2020

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Уголь № 9-2020 /1134/

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2020-9-65-67

 

Название

Определение управляющих пространственно-геометрических параметров устойчивых горных выработок

 

Авторы

Кузин Е.А., начальник Управления по контролю и надзору за объектами метрополитена Комитета государственного строительного надзора г. Москвы, 121059, г. Москва, Россия, e-mail: eakuzin@mail.ru

Халкечев К.В., доктор физ-мат. наук, доктор техн. наук, профессор кафедры «Математика» НИТУ «МИСиС», 119991, г. Москва, Россия, e-mail: h_kemal@mail.ru

 

Аннотация

С целью определения управляющих пространственно-геометрических параметров устойчивых горных выработок решены следующие две задачи. Задача 1: Фиксируется поверхность обнажения, при которой обеспечивается максимальная устойчивость горной выработки. Требуется спроектировать такую выработку, при которой достигается максимальный объем отработанного породного массива при заданной поверхности обнажения. Задача 2: Задан необходимый объем породного массива, который необходимо отработать. Требуется спроектировать такую выработку, при которой достигается наименьшая поверхность обнажения при заданном объеме. При решении этих задач сделано предположение – горная выработка имеет цилиндрическую форму. Решение сводится к построению функций исследуемых на экстремум. В первой задаче это функция в виде зависимости объема от поверхности обнажения и высоты горной выработки. Исследование на максимум данной функции приводит к решению первой поставленной задачи. Во второй задаче функция сводится к зависимости поверхности обнажения от объема отрабатываемого породного массива. Исследование на минимум дает решение второй задачи.

 

Ключевые слова

Управляющие параметры, форма горной выработки, размеры горной выработки, поле напряжений, устойчивость, поверхность обнажения, математическая модель, экстремум функции.

 

Список литературы

1. Initialization of highly heterogeneous virgin stress fields within the numerical modeling of large-scale mines / S.S. Ahmed, Y. Gunzburger, V. Renaud et al. // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2017. Vol. 99. P. 71-81.

2. Analysis of gateroad stability at two longwall mines based on field monitoring results and numerical model analysis / G.S. Esterhuizen, D.F. Gearhart, T. Klemetti et al.// International Journal of Mining Science and Technology. 2019. Vol. 29. P. 35-43.

3. Ground response to high horizontal stresses during longwall retreat and its implications for longwall headgate support / P. Zhang, D. Gearhart, M. Van Dyke et al. // International Journal of Mining Science and Technology. 2019. Vol. 29. P. 27–33.

4. Numerical analysis of underground space and pillar design in metalliferous mine / T. Mallı, M.E. Yetkin, M.K. Ozfırat, B. Kahraman // Journal of African Earth Sciences. 2017. Vol. 134. P. 365-372.

5. A modified method for predicting the stresses around producing boreholes in an isotropic in-situ stress field / A.H. Hassania, M. Veyskaramia, A.M. Al-Ajmi et al. // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. 2017. Vol. 96. P. 85-93.

6. Sherizadeh T., Kulatilake P.H.S.W. Assessment of roof stability in a room and pillar coal mine in the U.S. using three-dimensional distinct element method // Tunnelling and Underground Space Technology. 2016. Vol. 59. P. 24-37.

7. Черданцев Н.В. Устойчивость целиков в окрестности системы выработок, сооружаемых в анизотропном по прочности массиве горных парод // Вестник КузГТУ. 2012. № 1. С. 15-19.

8. Халкечев К.В. Нелинейная математическая модель динамической системы трещиноватости в минералах углевмещающих горных пород // Уголь. 2019. № 10. С. 92-94. DOI: 10.18796/0041-5790-2019-10-92-94.

9. Халкечев Р.К. Применение теории мультифрактального моделирования процессов деформирования и разрушения породных массивов с целью краткосрочного прогнозирования внезапных выбросов угля и газа // Уголь. 2019. № 7. С. 48-50. DOI: 10.18796/0041-5790-2019-7-48-50.

10. Халкечев Р.К. Нечеткая математическая модель изменения концентрации трещин в минерале под действием внешней нагрузки // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2019. № 6. С. 97-105.

11. Халкечев Р.К., Халкечев К.В. Математическое моделирование неоднородного упругого поля напряжений породного массива кристаллической блочной структуры // Горный журнал. 2016. № 3. С. 200-205.

12. Кузин Е.А., Халкечев К.В. Математическая модель определения формы устойчивого целика поликристаллической структуры в углевмещающих породах // Уголь. 2020. № 2. С. 22-25. DOI: 10.18796/0041-5790-2020-2-22-25.

 

Для цитирования

Кузин Е.А., Халкечев К.В. Определение управляющих пространственно-геометрических параметров устойчивых горных выработок // Уголь. 2020. № 9. С. 65-67. DOI: 10.18796/0041-5790-2020-9-65-67.

 

Информация о статье

Поступила в редакцию: 02.03.2020

Одобрена рецензентами: 17.07.2020

Принята к публикации: 12.08.2020

 

РЕЦЕНЗИЯ

на статью: «Определение управляющих пространственно-геометрических параметров устойчивых горных выработок», авторы: Кузин Е.А., Халкечев К.В.

 

Рецензент

Левкин Ю.М., доктор техн. наук, профессор кафедры геологии и маркшейдерского дела НИТУ «МИСиС».

 

Неверно выбранные размеры и формы горных выработок приводят с одной стороны к потерям руды и угля, с другой – к снижению уровня безопасности, которые могут привести к непредсказуемым обрушениям обнажений. Это обстоятельство выдвигает перед научными работниками задачи по определению оптимальных формы и размеров поперечного сечения, соотношения длины, ширины и высоты выработки и др. Существующие решения этих задач в основном сводятся к исследованиям напряженного состояния горных пород в породном массиве, которые зависят от многих факторов. При таком подходе к решению задач учесть все факторы, влияющие на напряженное состояние горных пород вокруг выработок, не представляется возможным. Поэтому предлагается новый подход к решению данной проблемы, а именно: для каждой стадии горных работ определить определяющие параметры устойчивых горных выработок.

Так на стадии проектирования предлагается определить управляющие пространственно-геметрические параметры устойчивых выработок. Для решения данной проблемы поставлены две взаимосвязанные задачи: 1) фиксируется поверхность обнажения, при которой обеспечивается максимальная устойчивость горной выработки. Требуется спроектировать такую выработку, при которой достигается максимальный объем отработанного породного массива при заданной поверхности обнажения; 2) задан необходимый объем породного массива, который необходимо отработать. Требуется спроектировать такую выработку, при которой достигается наименьшая поверхность обнажения при заданном объеме. В результате решения этих задач получены выражения, связывающие высоту выработки с поверхностью обнажения и объемом, при которых обеспечивается устойчивость горных выработок.

На основании вышеизложенного считаю, что представленная на рассмотрение научная статья «Определение управляющих пространственно-геометрических параметров устойчивых выработок» содержит оригинальные научные результаты и может быть рекомендована к публикации в журнале «Уголь».

 

Свежий выпуск
Партнеры