vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2021-66-4-420-429vestift-699Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕ, МЕХАНИКАMECHANICAL ENGINEERING AND MECHANICSКритерии предельного состояния и прочностные характеристики повторно подрабатываемых массивов горных породUltimate state criteria and strength characteristics of the rock massifs being undermined repeatedlyЧижикС. А.ChizhikS. A.

Чижик Сергей Антонович – академик Национальной академии наук Беларуси, доктор технических наук, профессор, первый заместитель Председателя; главный научный сотрудник, Институт тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси

пр. Независимости, 66, 220072, Минск, Республика Беларусь

Sergei A. Chizhik – Academician of the National Academy of Sciences of Belarus, D. Sc. (Engineering), Professor, First Deputy Chairman; Chief Researcher, A. V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of National Academy of Sciences of Belarus

66, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk, Republic of Belarus

chizhik_sa@tut.byЖуравковМ. А.ZhuravkovM. A.

Журавков Михаил Анатольевич – доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой

ул. Коржа, 5, 223710, Солигорск, Минская область, Республика Беларусь

Michael А. Zhuravkov – D. Sc. (Physics and Mathematics), Professor, Head of the Department

4, Nezavisimosti Ave., 220030, Minsk, Republic of Belarus

zhuravkov@bsu.byПетровскийА. Б.PetrovskiyA. B.

Петровский Андрей Борисович – заместитель главного инженера

ул. Коржа, 5, 223710, Солигорск, Минская область, Республика Беларусь

Andrey B. Petrovskiy – Deputy Chief Engineer

5, Korzh Str., 223710, Soligorsk, Minsk Region, Republic of Belarus

belaruskali.office@kali.byПрушакВ. Я.PrushakV. Ya.

Прушак Виктор Яковлевич – член-корреспондент Национальной академии наук Беларуси, доктор технических наук, профессор, технический директор

ул. Козлова, 69, 223710, Солигорск, Минская область, Республика Беларусь

Viktor Ya. Prushak – Corresponding Member of the National Academy of Sciences of Belarus, D. Sc. (Engineering), Professor, Technical Director

69, Kozlov Str., 223710, Soligorsk, Minsk Region, Republic of Belarus

ipr@sipr.byПузановД. А.PuzanovD. A.

Пузанов Дмитрий Александрович – магистр технических наук, научный сотрудник

ул. Козлова, 69, 223710, Солигорск, Минская область, Республика Беларусь

Dmitry A. Puzanov – Master of Engineering, Researcher

69, Kozlov Str., 223710, Soligorsk, Minsk Region, Republic of Belarus

sigd@list.ruПрезидиум Национальной академии наук БеларусиPresidium of the National Academy of Sciences of the Republic of BelarusБелорусский государственный университетBelarusian State UniversityОАО «Беларуськалий»JSC “Belaruskali”Солигорский Институт проблем ресурсосбережения с Опытным производствомSoligorsk Institute of Resources Saving Problems with Pilot ProductionИнститут горного делаInstitute of Mining202126122021664420429Copyright © Чижик С.А., Журавков М.А., Петровский А.Б., Прушак В.Я., Пузанов Д.А., 20212021Чижик С.А., Журавков М.А., Петровский А.Б., Прушак В.Я., Пузанов Д.А.Chizhik S.A., Zhuravkov M.A., Petrovskiy A.B., Prushak V.Y., Puzanov D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/699

Разработаны методические подходы к выбору критериев предельного состояния и прочностных характеристик повторно подрабатываемых массивов горных пород, предназначенных для параметрического обеспечения геомеханического моделирования напряженно-деформированного состояния массива и горнотехнических систем участков шахтных полей Старобинского месторождения калийной руды, планируемых для доизвлечения оставленных запасов полезного ископаемого. Установлено, что для изучения предельного состояния массива необходимо применять комплексный критерий. Определение такого критерия можно выполнить с использованием разработанных подходов. Первый подход заключается в выборе нескольких критериев, оценивающих предельное состояние массива по отдельным типам напряженно-деформированного состояния массива: критерия наибольших нормальных напряжений, критерия наибольших линейных деформаций, критерия наибольшего касательного напряжения, критерия Кулона–Мора. Второй подход заключается в построении объединенного критерия предельного состояния предлагаемого вида для материалов, у которых предельные величины напряжений на растяжение и сжатие отличаются существенным образом. При этом вводятся параметры, характеризующие вид напряженного состояния и свойства материала, которые в совокупности определяют характер разрушения – отрыв или срез. Для описания поведения горных пород в запредельной по прочности стадии деформирования предлагается применять деформационную теорию прочности с использованием разработанной зависимости деформационного критерия прочности. При расчете прочностных характеристик повторно подрабатываемого массива горных пород рекомендуется применять коэффициент структурного ослабления в виде произведения нескольких коэффициентов, учитывающих различные типы нарушения первично подработанного массива и временной фактор. Условие прочности Кулона–Мора рекомендуется использовать с учетом составного коэффициента структурного ослабления. Разработаны зависимости, описывающие изменение прочностных характеристик пород в подработанном массиве с учетом коэффициента разрыхления.

Methodological approaches to the selection of ultimate state criteria and strength characteristics of the repeatedly undermined rock massifs were developed. These approaches were designed to provide parametric support to the geomechanical modelling of the massif stress-strain state and the mining systems of the Starobin potash deposit mine fields planned for the additional mining of the mineral reserves left. It was established that a complex criterion must be used to study the massif ultimate state. Determination of such criterion can be carried out using the developed approaches. The first approach is to select several criteria that evaluate the massif ultimate state by certain types of the massif stress-strain state. These criteria are the following: the criterion of the maximum normal stresses, criterion of the maximum linear strains, the criterion of the maximum shear stresses and the Coulomb–Mohr failure criterion. The second approach is to construct an integrated failure state criterion for materials whose ultimate tensile and compressive stresses differ significantly. In this case, parameters characterizing the type of stress state and properties of the material are introduced. These parameters together determine the destruction character – tear or shear. To describe the rocks behavior in the extreme strength stage of deformation, it is proposed to apply deformation theory of strength using the developed strain failure criterion. When calculating the strength characteristics of the repeatedly undermined rock massif, it is recommended to use a structural attenuation coefficient as the product of several factors, taking into account various types of disturbances in the primary undermined massif and the time factor. The Coulomb–Mohr strength condition is recommended to be used taking into account the composite structural attenuation coefficient. Dependencies have been developed to describe the change in the strength characteristics of rocks in the undermined massif, considering the attenuation coefficient.

слоистый массив горных породмеханические характеристикинапряженно-деформированное состояниеlayered rock massifmechanical characteristicsstress-strain stateultimate criteriaReferencesRodionov V. N., Sizov I. A., Tsvetkov V. M. Fundamentals of Geomechanics. Moscow, Nedra Publ., 1986. 301 p. (in Russian).Rodionov V. N., Sizov I. A., Tsvetkov V. M. Fundamentals of Geomechanics. Moscow, Nedra Publ., 1986. 301 p. (in Russian).Alimzhanov M. T. On one operation model of rock massif in the vicinity of cavity. Some Problems of Geomechanics. Moscow, Nedra Publ., 1971 (in Russian).Alimzhanov M. T. On one operation model of rock massif in the vicinity of cavity. Some Problems of Geomechanics. Moscow, Nedra Publ., 1971 (in Russian).Alimzhanov M. T. Consideration of heterogeneity of rock properties while studying the mechanical processes around a deep cavity. Fiziko-tekhnicheskiye problemy razrabotki poleznykh iskopayemykh = Journal of Mining Science, 1997, no. 5, pp. 10–15 (in Russian).Alimzhanov M. T. Consideration of heterogeneity of rock properties while studying the mechanical processes around a deep cavity. Fiziko-tekhnicheskiye problemy razrabotki poleznykh iskopayemykh = Journal of Mining Science, 1997, no. 5, pp. 10–15 (in Russian).Amusin B. Z. Prediction of stability of capital cavities taking into account gradual destruction of rocks in the zone of non-elastic deformations. Journal of Mining Science, 1977, vol. 13, no. 5, pp. 460–466. https://doi.org/10.1007/bf02498457Amusin B. Z. Prediction of stability of capital cavities taking into account gradual destruction of rocks in the zone of non-elastic deformations. Journal of Mining Science, 1977, vol. 13, no. 5, pp. 460–466. https://doi.org/10.1007/bf02498457Glushko V. T., Vaganov I. I., Kirnichanskiy G. T. Determination of mechanical characteristics of rock fracture in laboratory conditions. Ugol’ Ukrainy [Coal of Ukraine], 1974, no. 5, pp. 23–26 (in Russian).Glushko V. T., Vaganov I. I., Kirnichanskiy G. T. Determination of mechanical characteristics of rock fracture in laboratory conditions. Ugol’ Ukrainy [Coal of Ukraine], 1974, no. 5, pp. 23–26 (in Russian).Olovyanniy A. G., Amusin B. Z. Study of mine cavities stability and unsteady pressure on the roof support with regard to rock ultimate strains. Zapiski Leningradskogo gornogo instituta [Notes of the Leningrad Mining Institute], 1974, vol. 67, issue 1, pp. 25–29 (in Russian).Olovyanniy A. G., Amusin B. Z. Study of mine cavities stability and unsteady pressure on the roof support with regard to rock ultimate strains. Zapiski Leningradskogo gornogo instituta [Notes of the Leningrad Mining Institute], 1974, vol. 67, issue 1, pp. 25–29 (in Russian).Protasenya A. G. Elastoplastic stress distribution near a circular hole for a plastically heterogeneous medium. Soviet Applied Mechanics, 1972, vol. 8, no. 2, pp. 172–176. https://doi.org/10.1007/bf00886137Protasenya A. G. Elastoplastic stress distribution near a circular hole for a plastically heterogeneous medium. Soviet Applied Mechanics, 1972, vol. 8, no. 2, pp. 172–176. https://doi.org/10.1007/bf00886137Rodin R. A. Scale factor and strength properties of rocks. Izvestiya vuzov. Gornyi zhurnal = News of the Higher Institutions. Mining Journal, 1986, no. 7, pp. 7–12 (in Russian).Rodin R. A. Scale factor and strength properties of rocks. Izvestiya vuzov. Gornyi zhurnal = News of the Higher Institutions. Mining Journal, 1986, no. 7, pp. 7–12 (in Russian).Rodin R. A. On physical and mechanical properties of rocks. Izvestiya vuzov. Gornyi zhurnal = News of the Higher Institutions. Mining Journal, 1989, no. 6, pp. 10–13 (in Russian).Rodin R. A. On physical and mechanical properties of rocks. Izvestiya vuzov. Gornyi zhurnal = News of the Higher Institutions. Mining Journal, 1989, no. 6, pp. 10–13 (in Russian).Fisenko G. L. Ultimate State of Rocks Around Mine Cavities. Moscow, Nedra Publ., 1976. 272 p. (in Russian).Fisenko G. L. Ultimate State of Rocks Around Mine Cavities. Moscow, Nedra Publ., 1976. 272 p. (in Russian).Zhuravkov M. A., Zubovich V. S. Stability and Subsidence of Rock Massifs. Moscow, RUDN, 2009. 432 p. (in Russian).Zhuravkov M. A., Zubovich V. S. Stability and Subsidence of Rock Massifs. Moscow, RUDN, 2009. 432 p. (in Russian).Zhuravkov M. A. Mathematical Modelling of Deformation Processes in Rigid Deformable Mediums(on the Example of Rock and Massif Mechanics Problems). Minsk, Belarusian State University, 2002. 456 p. (in Russian).Zhuravkov M. A. Mathematical Modelling of Deformation Processes in Rigid Deformable Mediums(on the Example of Rock and Massif Mechanics Problems). Minsk, Belarusian State University, 2002. 456 p. (in Russian).Baklashov I. V. Deformation and Fracture of Rock Massifs. Moscow, Nedra Publ., 1988. 271 p. (in Russian).Baklashov I. V. Deformation and Fracture of Rock Massifs. Moscow, Nedra Publ., 1988. 271 p. (in Russian).Hellan K. Introduction to Fracture Mechanics. Moscow, Mir Publ., 1988. 364 p. (in Russian).Hellan K. Introduction to Fracture Mechanics. Moscow, Mir Publ., 1988. 364 p. (in Russian).Shashenko A. N., Sdvizhkova E. A., Kuzhel’ S. V. Scale Effect in Rocks. Donetsk, Publishing House “Nord-Press”, 2004. 126 p. (in Russian).Shashenko A. N., Sdvizhkova E. A., Kuzhel’ S. V. Scale Effect in Rocks. Donetsk, Publishing House “Nord-Press”, 2004. 126 p. (in Russian).Bychkov G. V. Strength of rocks in a massif. Izvestiya vuzov. Gornyi zhurnal = News of the Higher Institutions. Mining Journal, 1985, no. 1, pp. 7–10 (in Russian).Bychkov G. V. Strength of rocks in a massif. Izvestiya vuzov. Gornyi zhurnal = News of the Higher Institutions. Mining Journal, 1985, no. 1, pp. 7–10 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.