Submit an Article
Become a reviewer
Vol 250
Pages:
542-552
Download volume:
Research article
Mining

Methodology of modeling nonlinear geomechanical processes in blocky and layered rock masses on models made of equivalent materials

Authors:
Boris Yu. Zuev
About authors
  • канд. техн. наук Head of Laboratory Saint Petersburg Mining University ▪ Orcid ▪ Scopus
Date submitted:
2021-03-31
Date accepted:
2021-09-29
Date published:
2021-09-29

Abstract

The research purpose is to develop a methodology that increases the reliability of reproduction and research on models made of equivalent materials of complex nonlinear processes of deformation and destruction of structured rock masses under the influence of underground mining operations to provide a more accurate prediction of the occurrence of dangerous phenomena and assessment of their consequences. New approaches to similarity criterion based on the fundamental laws of thermodynamics; new types of equivalent materials that meet these criteria; systems for the formation of various initial and boundary conditions regulated by specially developed computer programs; new technical means for more reliable determination of stresses in models; new methods for solving inverse geomechanical problems in the absence of the necessary initial field data have been developed. Using the developed methodology, a number of complex nonlinear problems have been solved related to estimates of the oscillatory nature of changes in the bearing pressure during dynamic roof collapse processes; ranges of changes in the frequency of processes during deformation and destruction of rock mass elements, ranges of changes in their accelerations; parameters of shifts with a violation of the continuity of the rock mass under the influence of mining: secant cracks, delaminations, gaping voids, accounting for which is necessary to assess the danger of the formation of continuous water supply canals in the water-protection layer.

Keywords:
similarity criterion energy balance equivalent materials initial and boundary conditions physical and geophysical fields patterns of deformation and destruction of structured rock masses
10.31897/PMI.2021.4.7
Go to volume 250

References

  1. Бадтиев Б.П. Исследования на моделях из эквивалентных материалов эффективности способов борьбы с пучением путем изменения формы поперечного сечения выработок / Б.П.Бадтиев, И.А.Сальвассер, С.В.Кузьмин // Маркшейдерский вестник. 2015. № 4 (107). С. 51-55.
  2. Басов В.В. Исследование характера деформирования эквивалентного материала для тестирования численной модели прогноза устойчивости сопряжений горных выработок / В.В.Басов, С.В.Риб, В.Н.Фрянов // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2017. Вып. 2. С. 134-145.
  3. Басов В.В. Подбор эквивалентного материала для физического моделирования геомеханических процессов в окрестности подготовительных выработок угольных шахт / В.В.Басов, С.В.Риб // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2016. № 4 (18). С. 32-35.
  4. Басов В.В. Характер распределения деформаций при физическом моделировании углепородного массива в окрестности сопряжений горных выработок // Вестник Забайкальского государственного университета. 2017. Т. 23. № 8. С. 25-32. DOI: 10.21209/2227-9245-2017-23-8-25-32
  5. Гусев В.Н. Определение параметров зоны водопроводящих трещин через горизонтальные деформации подрабатываемой толщи / В.Н.Гусев, Д.А.Илюхин, А.Г.Алексенко // Записки Горного института. 2013. Т. 204. С. 69-73.
  6. Зуев Б.Ю. Определение статических и динамических напряжений в физических моделях слоистых и блочных породных массивов / Б.Ю.Зуев, В.П.Зубов, А.Д.Смычник // Горный журнал. 2019. № 7. С. 61-66. DOI: 10.17580/gzh.2019.07.02
  7. Зуев Б.Ю. Разработка методов и технических средств определения статических и динамических напряжений в физических моделях слоистых и блочно-иерархических горных массивах // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2014. № 4. С. 351-355.
  8. Зуев Б.Ю. Физическое моделирование геомеханических процессов в блочно-иерархических массивах на основе единого комплексного условия подобия // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2014. № 4. C. 356-360.
  9. Зубов В.П. Применяемые технологии и актуальные проблемы ресурсосбережения при подземной разработке пластовых месторождений полезных ископаемых // Горный журнал. 2018. № 6. С. 77-83. DOI: 10.17580/gzh.2018.06.16
  10. Зубов В.П. Снижение рисков затопления калийных рудников при прорывах в горные выработки подземных вод / В.П.Зубов, А.Д.Смычник // Записки Горного института. 2015. Т. 215. С. 29-37.
  11. Кузьмин С.В. Разработка способа охраны подготовительных выработок с помощью компенсационных полостей при отработке мощных пологих угольных пластов: Автореф. дис. … канд. техн. наук. СПб: Санкт-Петербургский горный университет, 2017. 19 с.
  12. Манько А.В. О создании модели расчета трещиноватых скальных массивов при тектонических нагрузках методом эквивалентных материалов / А.В.Манько, С.В.Влад // Инженерный вестник Дона. 2015. № 2-2 (36). C. 87.
  13. Неверов А.А. Сравнительный анализ численного и физического моделирования напряженно-деформированного состояния массива горных пород / А.А.Неверов, С.А.Неверов, С.Ю.Васичев // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2013. № 4 (98). С. 14-22.
  14. Повышение безопасности рудников при отработке Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей / В.П.Зубов, Е.Р.Ковальский, С.В.Антонов, В.В.Пачгин // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2019. № 5. C. 22-33. DOI: 1025018/0236-1493-2019-05-0-22-33
  15. Развитие систем моделирования и проектирования горных машин в КузГТУ и КарГТУ Российской Федерации и Казахстана / Г.Д.Буялич, Г.С.Жетесова, К.М.Бейсембаев, Н.С.Малыбаев // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. № 5. Ч. 1. С. 8-13.
  16. Риб С.В. Лабораторный стенд для определения деформаций горных пород в окрестности выработки на пластах сложного строения // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. Вып. 3. Новокузнецк: Сибирский государственный индустриальный университет, 2017. С. 155-157.
  17. Риб С.В. Разработка комплексного метода исследования геомеханических процессов при интеграции численного и физического моделирования / С.В.Риб, Ю.М.Говорухин // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018. Вып. 2. С. 363-378.
  18. Риб С.В. Физическое моделирование геомеханических процессов в окрестности горной выработки / С.В.Риб, В.В.Басов // Вестник Сибирского государственного университета. 2017. № 4 (22). С. 45-50.
  19. Сергиенко А.И. Исследование поведения породного массива на моделях из эквивалентных материалов / А.И.Сергиенко, Ю.С.Мостыка // Геотехнології і охорона праці у гірничій промисловості збірник матеріалів: VII регіональної науково-практичної конференції. Красноармейск: KIIДонНТУ, 2015. C. 76-82.
  20. Физическое моделирование динамических явлений при подземной разработке полезных ископаемых / Б.Ю.Зуев, С.В.Цирель, Р.С.Истомин, М.Е.Мельницкая // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015. S60-2. С. 117-127.
  21. Физическое моделирование формирования зон разрушения в области влияния очистных горных работ // Инновационные направления в проектировании горнодобывающих предприятий: геологическое обеспечение проектирования и сопровождения горных работ: Сборник научных трудов / Б.Ю.Зуев, Н.В.Кротов, Р.С.Истомин, М.Е.Мельницкая, А.А.Вьюников. СПб: Санкт-Петербургский горный университет, 2017. С. 412-417.
  22. Хоменко О.Е. Лабораторные исследования зонального структурирования массива вокруг горных выработок / О.Е.Хоменко, М.Н.Кононенко, А.П.Дронов // Физико-технические проблемы горного производства. 2016. Вып.18. С. 103-110.
  23. Хозяйкина Н.В. Обрушение пород кровли в лавах пологопадающих угольных пластов. Днепропетровск: Нацiональний гiрничий университет, 2012. 126 с.
  24. A Novel Longwall Mining Layout Approach for Extraction of Deep Coal Deposits / Pengfei Wang, Jingli Zhao, Yoginder P. Chugh, Zhiqiang Wang // Minerals. 2017. Vol. 7. Iss. 4. № 60. DOI: 10.3390/min7040060
  25. Comprehensive Study of Strata Movement Behavior in Mining a Longwall Top Coal Caving Panel of a Composite Coal Seam with Partings / Hongtao Liu, Linfeng Guo, Guangming Cao, Xidong Zhao et al. // Applied sciences. 2020. Vol. 10. Iss. 10. № 5311. DOI: 10.3390/app10155311
  26. Effect of Sand Particle Size on Microstructure and Mechanical Properties of Gypsum-Cemented Similar Materials / Weiming Guan, Qi Qi, Zhiyi Zhang, Senlin Nan // Materials. 2020. Vol. 13. Iss. 3. № 765. DOI: 10.3390/ma13030765
  27. Experimental Investigation of the Progressive Failure of Multiple Pillar-Roof System / Zilong Zhou, Lu Chen, Xin Cai et al. // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2018. Vol. 51. P. 1629-1636. DOI: 10.1007/s00603-018-1441-1
  28. Gaofeng Song. Evaluation of the face advance rate on ground control in the open face area associated with mining operations in Western China / Gaofeng Song, Zhenwei Wang, Kuo Ding // Journal of Geophysics and Engineering. 2020. Vol. 17. Iss. 2. P. 390-398. DOI: 10.1093/jge/gxz124
  29. Ground cracks development and characteristics of strata movement under fast excavation: a case study at Bulianta coal mine, China / Yuankun Xu, Kan Wu, Liang Li et al. // Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 2017. Vol. 78. P. 325-340. DOI: 10.1007/s10064-017-1047-y
  30. Kan Wu. Experimental research on dynamic movement in strata overlying coal mines using similar material modeling / Kan Wu, Gong-Lin Cheng, Da Wei Zhou // Arabian Journal of Geosciences. 2015. Vol. 8. P. 6521-6534. DOI: 10.1007/s12517-014-1685-3
  31. Physical and numerical investigation of bedding adhesion strength on stratified rock roof fracture with longwall coal mining / Mighe Ju, Dapeng Wang, Jingcheng Shi et al. // Geomechanics and Geophysics for Geo-Energy and Geo-Resources. 2021. Vol. 7. № 24. DOI: 10.1007/s40948-020-00209-2
  32. Three-Dimensional Physical and Numerical Modelling of Fracturing and Deformation Behaviour of Mining-Induced Rock Slopes / Guoxiang Yang, Anthony K. Leung, Nengxiong Xu et al. // Applied sciences. 2019. Vol. 9. Iss. 7. № 1360. DOI: 10.3390/app9071360
  33. Wan-rong Liu. Experimental and Numerical Study of Rock Stratum Movement Characteristics in Longwall Mining // Hindawi, Shock and Vibration. 2019. Vol. 2019. № 5041536. DOI: 10.1155/2019/5041536
  34. Zuev B.Yu. Application prospects for models of equivalent materials in studies of geomechanical processes in underground mining of solid minerals / B.Yu.Zuev, V.P.Zubov, A.S.Fedorov // Eurasian mining. 2019. №1. P. 8-12.

Similar articles

On the applicability of electromagnetic monitoring of hydraulic fracturing
2021 Gleb S. Grigorev, Mikhail V. Salishchev, Natalia P. Senchina
Indicator assessment of the reliability of mine ventilation and degassing systems functioning
2021 Nina O. Kaledina, Valentina A. Malashkina
Integrated development of iron ore deposits based on competitive underground geotechnologies
2021 Vladimir L. Trushko, Olga V. Trushko
Analysis of the application and impact of carbon dioxide media on the corrosion state of oil and gas facilities
2021 Rafael R. Kantyukov, Dmitry N. Zapevalov, Ruslan K. Vagapov
Features of the thermal regime formation in the downcast shafts in the cold period of the year
2021 Artem V. Zaitsev, Mikhail A. Semin, Oleg S. Parshakov
Geological and structural characteristics of deep-level rock mass of the Udachnaya pipe deposit
2021 Evgenii V. Serebryakov, Andrei S. Gladkov