Комплексная оценка устойчивости подземных горных выработок при различных горнотехнических условиях

Продемонстрирована методика комплексной оценки устойчивости подземных горных выработок в массивах соляных пород. Рассмотрены различные варианты залегания пластов полезного ископаемого, а также наиболее популярные меры охраны подземных выработок, такие как анкеры, компенсационные щели и железобетонные крепи. Предлагаемая методика основана на использовании гибридного численно-аналитического метода для расчета напряженно-деформированного состояния горнотехнических систем, а также применении оригинального комплексного критерия оценки предельного состояния массивов горных пород. В результате обобщения выполненных исследований выделены основные факторы, влияющие на устойчивость подземных выработок: глубина расположения выработки, физико-механические свойства массива горных пород и его горно-геологическое строение, а также применяемые меры охраны. Установлена степень влияния каждого из этих факторов на устойчивость рассматриваемых выработок. На примере решения ряда модельных задач показано, что предлагаемая методика может использоваться для полной и достоверной оценки состояния массивов горных пород в окрестности подземных выработок, а также прогнозирования устойчивости подземных горнотехнических сооружений при различных условиях. 

1. Stability Assessment for Underground Excavations and Key Construction Techniques / Hanhua Zhu [et al.]. – Springer, 2017. – 174 p. http://doi.org/10.1007/978-981-10-3011-6

2. Stability of Geotechnical Structures: Theoretical and Numerical Analysis / Y. M. Cheng [et al.]. – Bentham Science Publ., 2017. – 411 p. http://doi.org/10.2174/97816810830321160101

3. Sloan, S. W. Geotechnical stability analysis / S. W. Sloan // Geotechnique. – 2013. – Vol. 63, Iss. 7. – P. 531–571. http://doi.org/10.1680/geot.12.RL.001

4. Gudehus, G. On the stability of geotechnical systems and its fractal progressive loss / G. Gudehus, A. Touplikiotis // Acta Geotech. – 2018. – Vol. 13, Iss. 2. – P. 317–328. https://doi.org/10.1007/s11440-017-0549-x

5. Predicting the excavation damaged zone within brittle surrounding rock masses of deep underground caverns using a comprehensive approach integrating in situ measurements and numerical analysis / D. P. Xu [et al.] // Geoscience Frontiers. – 2022. – Vol. 13, Iss. 2. – Art. ID 101273. https://doi.org/10.1016/j.gsf.2021.101273

6. A numerical study on mechanical behavior of jointed rock masses after tunnel excavation / W. Zhang [et al.] // Arab. J. Geosci. – 2020. – Vol. 13. – Art. ID 416. https://doi.org/10.1007/s12517-020-05358-y

7. Azarfar, B. Stability analysis of rock structure in large slopes and open-pit mine: numerical and experimental fault modeling / B. Azarfar, S. Ahmadvand, J. Sattarvand // Rock Mech. Rock Eng. – 2019. – Vol. 52, № 12. – P. 4889–4905. https://doi.org/10.1007/s00603-019-01915-4

8. Time-dependent crack development processes around underground excavations / Penghai Deng [et al.] // Tunneling and Underground Space Technology. – 2020. – Vol. 103. – Art. ID 103518. https://doi.org/10.1016/j.tust.2020.103518

9. Qiang Feng. Analytical solution for stress and deformation of the mining floor based on integral transform / Feng Qiang, Jiang Binsong // Int. J. Sci. Technol. – 2015. – Vol. 25, Iss. 4. – P. 581–586. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2015.05.010

10. Liu, K. Analytical and numerical analyses of tunnel excavation problem using an extended Drucker–Prager model / K. Liu, S. L. Chen, X. Q. Gu // Rock Mech. Rock Eng. – 2020. – Vol. 53, Iss. 2. – P. 1777–1790. https://doi.org/10.1007/s00603019-01992-5

11. Упругопластическое деформирование и предельное состояние элементов конструкций с концентраторами напряжений / М. Д. Новопашин [и др.]; под ред. В. Р. Кузьмина. – Новосибирск: Наука, 1995. – 112 с.

12. Фисенко, Г. Л. Предельное состояние горных пород вокруг выработок / Г. Л. Фисенко. – М.: Недра, 1976. – 272 с.

13. Debasis, Deb. Fundamentals and Applications of Rock Mechanics / Deb. Debasis, V. A. Kumar. – New Delhi: PHI Learning, 2016. – 492 p.

14. Лопатин, С. Н. Предельное состояние массивов горных пород с подземными сооружениями: дис. … канд. физ.-мат. наук: 01.02.04 / С. Н. Лопатин. – Минск, 2023. – 181 л.

15. Zhuravkov, M. A. Complex limit state criterion for rock masses / M. A. Zhuravkov, S. N. Lapatsin, S. Ji // Acta Mech. Sinica. – 2023. – Vol. 39, Iss. 1. – Art. ID 722194. https://doi.org/10.1007/s10409-022-22194-x

16. Substantiating arched support made of composite materials (carbon fiber-reinforced plastic) for mine workings in coal mines / V. I. Bondarenko [et al.] // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. – 2022. – Vol. 1049. – Art. ID 012026. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1049/1/012026

17. Миренков, В. Е. Формулировка граничных условий в задачах геомеханики / В. Е. Миренков // Изв. высш. учеб. заведений. Горн. журнал. – 2016. – № 2. – С. 67–73.

18. Ставрогин, А. Н. Пластичность горных пород / А. Н. Ставрогин, А. Г. Протосеня. – М.: Недра, 1979. – 301 с.

19. Sharma, V. M. Distinct Element Modelling in Geomechanics / V. M. Sharma, K. R. Saxena, R. D. Woods. – CRC Press, 2007. – 234 p.

20. The Stability and Failure of Deep Underground Structures at Potash Mining Deposits / Y. Zhang [et al.] // Appl. Sci. – 2024. – Vol. 14. – Art. ID 9434. https://doi.org/10.3390/app14209434