Подать статью
Стать рецензентом
Том 278
Страницы:
91-98
В печати

Моделирование напряженно-деформированного состояния забоя горной выработки вблизи опасных по газодинамическим явлениям зон

Авторы:
С. Г. Гендлер1
Н. Е. Мороз2
Об авторах
  • 1 — д-р техн. наук заведующий кафедрой Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
  • 2 — аспирант Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
Дата отправки:
2025-10-05
Дата принятия:
2026-03-04
Дата публикации онлайн:
2026-04-02

Аннотация

Проходка горных выработок в прочных доломитах на руднике «Интернациональный» буровзрывным способом осложнена газодинамическими явлениями, представляющими собой выбросы породы и газа. Наличие трещинных зон и значительного горного давления породных толщ на глубине свыше 1000 м предопределило реализацию вторичного разрушения пород из забоя вскрывающих выработок. В статье представлены результаты моделирования напряженно-деформированного состояния забоя горной выработки опасных по газодинамическим явлениям зон, характерных для геомеханических условий месторождения кимберлитовой трубки «Интернациональная». Моделирование напряженно-деформированного состояния выполнено методом конечных элементов в отечественном программном комплексе CAE Fidesys. Рассмотрены 18 геомеханических ситуаций расположения забоя горной выработки на расстоянии 2, 4, 6 м до зон интенсивной трещиноватости мощностью 2, 4, 6 м с наличием в них газа и без газа. Все расчетные схемы строились в объемной постановке на глубине 1500 м с вертикальными напряжениями, равными 40 МПа, что соответствует теории профессора А.Н.Динника. Горизонтальные напряжения задаются на боковых гранях расчетных моделей через вынужденные перемещения из условия действия равнокомпонентного сжатия, что соответствует боковому распору, равному 1. Параметры равнокомпонентного или близкого к равнокомпонентному поля напряжений на глубоких горизонтах кимберлитовой трубки «Интернациональная» подтверждаются как инструментальными измерениями, так и мировым опытом ведения горных работ на глубинах, превышающих 1000 м. Результаты исследования свидетельствуют о том, что безопасное газодинамическое состояние массива горных пород достигается путем создания зоны неснижаемого опережения, ширину которой рекомендуется определять в зависимости от физико-механических и структурных особенностей участка проходки горной выработки.

Область исследования:
Геотехнология и инженерная геология
Ключевые слова:
кимберлитовая трубка подземная разработка газодинамические явления выбросы породы и газа напряженно-деформированное состояние метод конечных элементов краевая часть выработки трещиноватость горных пород предел прочности на одноосное сжатие модуль упругости
Финансирование:

Отсутствует

Перейти к тому 278

Литература

  1. Оксман В.С., Трубецкой Н.К., Гражданкин А.И. Анализ летальных несчастных случаев в горнорудной и нерудной промышленности России // Безопасность труда в промышленности. 2021. № 3. С. 28-35. DOI: 10.24000/0409-2961-2021-3-28-35
  2. Барях А.А., Андрейко С.С., Федосеев А.К. Газодинамическое обрушение кровли при разработке месторождений калийных солей // Записки Горного института. 2020. Т. 246. С. 601-609. DOI: 10.31897/PMI.2020.6.1
  3. Сидоров Д.В., Пономаренко Т.В., Косухин Н.И. Управление фактором геодинамической безопасности для обеспечения устойчивого развития АО «СУБР» // Горный журнал. 2021. № 1. С. 81-85. DOI: 10.17580/gzh.2021.01.14
  4. Лукичев С.В. Цифровое прошлое, настоящее и будущее горнодобывающих предприятий // Горная промышленность. 2021. № 4. С. 73-79. DOI: 10.30686/1609-9192-2021-4-73-79
  5. Серебряков Е.В., Гладков А.С. Геолого-структурная характеристика массива глубоких горизонтов месторождения Трубка «Удачная» // Записки Горного института. 2021. Т. 250. С. 512-525. DOI: 10.31897/PMI.2021.4.4
  6. Головченко Ю.Ю., Лепехин И.С., Румянцев А.Е. и др. Разработка численных геомеханических моделей с различной степенью детализации на примере шахты «Ангидрит» рудника «Кайерканский» // Горная промышленность. 2023. № 4. С. 79-88. DOI: 10.30686/1609-9192-2023-4-79-88
  7. Ильясов Б.Т., Кульсаитов Р.В., Неугомонов С.С., Солуянов Н.О. Оценка устойчивости закрепленной выработки на основе численного моделирования методом конечно-дискретных элементов // Горный журнал. 2023. № 1. С. 118-123. DOI: 10.17580/gzh.2023.01.20
  8. Багаутдинов И.И., Беляков Н.А., Севрюков В.В., Рассказов М.И. Применение модели упрочняющегося грунта для прогноза зоны пластических деформаций массива слабоустойчивых пород Яковлевского железорудного месторождения // Горный журнал. 2022. № 12. С. 16-21. DOI: 10.17580/gzh.2022.12.03
  9. Trushko V.L., Baeva E.K., Blinov A.A. Experimental Investigation on the Mechanical Properties of the Frozen Rocks at the Yamal Peninsula, Russian Arctic // Eng. 2025. Vol. 6. Iss. 4. № 76. DOI: 10.3390/eng6040076
  10. Ковальский Е.Р., Конгар-Сюрюн Ч.Б., Петров Д.Н. Проблемы и перспективы внедрения многостадийной выемки руды при отработке запасов калийных месторождений // Устойчивое развитие горных территорий. 2023. Т. 15. № 2. С. 349-364. DOI: 10.21177/1998-4502-2023-15-2-349-364
  11. Трофимов А.В., Киркин А.П., Румянцев А.Е., Колганов А.В. Использование данных акустического сканирования стенок глубоких скважин для воссоздания действующего режима напряжений на полиметаллическом месторождении интрузивного генезиса // Горный журнал. 2024. № 1. С. 68-74. DOI: 10.17580/gzh.2024.01.11
  12. Семенова И.Э., Константинов К.Н., Кулькова М.С. Оценка напряженно-деформированного состояния массива пород в окрестности подземных выработок глубокого заложения комплексом инструментальных и численных методов // Горный журнал. 2024. № 1. С. 22-28. DOI: 10.17580/gzh.2024.01.04
  13. Марысюк В.П., Трофимов А.В., Киркин А.П., Шутов А.А. Определение напряженно-деформированного состояния массива на участке скипового ствола СС-1 рудника «Октябрьский» методом полной разгрузки керна // Горный журнал. 2024. № 3. С. 34-40. DOI: 10.17580/gzh.2024.03.04
  14. Афанасьев П.И., Белов А.А. Оценка сейсмовзрывного воздействия на приконтурный массив по амплитудно-частотным характеристикам взрыва // Горная промышленность. 2025. № 3. С. 138-145. DOI: 10.30686/1609-9192-2025-3-138-145
  15. Андрейко С.С. Газодинамические явления при проходке подготовительных выработок во вмещающих породах на руднике «Интернациональный» АК «Алроса» // Стратегия и процессы освоения георесурсов: сборник научных трудов. Пермь: Горный институт УрО РАН; 2016. Вып. 14. С. 304-307.
  16. Зыков В.С., Иванов В.В., Пуль Э.К., Вьюников А.А. Оценка газодинамических и фильтрационных характеристик вмещающих пород рудника «Интернациональный» компании «АЛРОСА» // Вестник Научного центра ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности. 2021. Вып. 3. С. 26-33. DOI: 10.25558/VOSTNII.2021.76.95.003
  17. Мороз Н.Е., Гендлер С.Г., Вьюников А.А. Газодинамические явления при проходке выработок во вмещающих породах кимберлитовой трубки «Интернациональная» // Горная промышленность. 2023. № S1. С. 96-102. DOI: 10.30686/1609-9192-2023-S1-96-102
  18. Вьюнников А.А., Хоютанова Н.В., Романевич К.В. и др. Сейсмический мониторинг и оценка геодинамических процессов при ведении горных работ в условиях подземного рудника «Интернациональный» // Горная промышленность. 2024. № 3S. С. 26-31. DOI: 10.30686/1609-9192-2024-3S-26-31
  19. Вьюников А.А., Ворожцов С.Г., Пуль Э.К., Ковешников П.Ю. Способы профилактики внезапных выбросов породы и газа при ведении горных работ на сверхглубоких горизонтах подземного рудника «Интернациональный» // Горный журнал. 2023. № 1. С. 133-138. DOI: 10.17580/gzh.2023.01.22
  20. Пуль Э.К., Захаров Н.Е., Лосовская Ю.В., Иванов П.С. Разработка и опытно-промышленная апробация мероприятий по предотвращению негативных последствий газодинамических явлений на месторождении трубки «Интернациональная» // Горный журнал. 2020. № 1. С. 104-108. DOI: 10.17580/gzh.2020.01.21
  21. Петухов И.М. Горные удары на угольных шахтах. М.: Недра, 1972. 229 с.
  22. Зубов В.П., Ли Юньпэн. Слоевая система разработки мощных пологих угольных пластов на шахтах Китая: проблемные вопросы, направления совершенствования // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023. № 7. С. 37-51. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_7_0_37
  23. Забурдяев В.С. Технологические решения по снижению метановой опасности в угольных шахтах. М.; Вологда: Инфра-Инженерия, 2023. 208 с.
  24. Малеев Н.В., Мхатвари Т.Я., Эренбург В.И. Способ предотвращения внезапных выбросов песчаников и газа для эффективного и безопасного проведения горных выработок // Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность – 2021: Сборник статей по материалам международной научно-практической конференции, 20-23 сентября 2021, Севастополь, Россия. Севастополь: Севастопольский государственный университет, 2021. С. 423-427.
  25. Герасименко В.Е. Предупреждение газодинамических явлений при проведении горных выработок // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах. 2018. № 3 (42). С. 77-84.
  26. Ловчиков А.В., Земцовский А.В. Профилактика горных ударов в низких рудных целиках посредством образования разгрузочных щелей (для условий Ловозерского редкометалльного месторождения) // Вестник МГТУ. 2019. Т. 22. № 1. С. 158-166. DOI: 10.21443/1560-9278-2019-22-1-158-166
  27. Андрейко С.С. Предотвращение выбросов породы и газа при проходке подготовительных выработок в доломитовых породах на больших глубинах // Горное эхо. 2020. № 2 (79). С. 83-91. DOI: 10.7242/echo.2020.2.17
  28. Мороз Н.Е., Гендлер С.Г., Романевич К.В. Оценка опасности газодинамических явлений на основе анализа натурных и лабораторных исследований скоростей распространения упругих волн во вмещающих горных породах кимберлитовой трубки «Интернациональная» // Горная промышленность. 2025. № 2. С. 65-72. DOI: 10.30686/1609-9192-2025-2-65-72
  29. Нестеров Е.А. Результаты опытно-промышленных испытаний проходки подготовительных выработок в выбросоопасных доломитовых породах // Горное эхо. 2020. № 2 (79). С. 114-118. DOI: 10.7242/echo.2020.2.22
  30. Латышев О.Г., Казак О.О., Сынбулатов В.В. Исследование реологических характеристик горных пород в условиях воздействия на массив поверхностно-активными веществами // Известия вузов. Горный журнал. 2019. № 3. С. 39-47. DOI: 10.21440/0536-1028-2019-3-39-47
  31. Латышев О.Г., Казак О.О. Использование поверхностно-активных веществ в процессах бурения горных пород // Вектор ГеоНаук. 2018. Т. 1. № 2. С. 29-37.
  32. Иудин М.М. Естественное напряженное состояние массива горных пород кимберлитовых месторождений // Вестник Якутского государственного университета. 2009. Т. 6. № 2. С. 25-31.
  33. Zhang Ning, Lan Hengxing, Li Langping et al. Characteristics and implications of in-situ stresses in Southeastern Tibetan Plateau // Journal of Engineering Geology. 2022. Vol. 30. Iss. 3. P. 696-707. DOI: 10.13544/j.cnki.jeg.2022-0112
  34. Peng Li, Qi-feng Guo, Mei-feng Cai, Sheng-jun Miao. Present-day state of tectonic stress and tectonization in coastal gold mine area near Laizhou Gulf, North China // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2023. Vol. 33. Iss. 3. P. 865-888. DOI: 10.1016/S1003-6326(23)66152-7
  35. Peng Li, Yan Liu, Meifeng Cai et al. Contemporary stress state in the Zhao–Ping metallogenic belt, eastern China, and its correlation to regional geological tectonics // International Journal of Coal Science & Technology. 2025. Vol. 12. № 29. DOI: 10.1007/s40789-025-00769-2
  36. Беляков Н.А., Емельянов И.А. Учет трещиноватости породного массива при определении его естественного напряженного состояния методом кольцевой разгрузки с применением многокомпонентного датчика смещений // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2024. № 12-1. С. 145-164. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_121_0_145
  37. Головченко Ю.Ю., Румянцев А.Е., Лалин В.В., Соннов М.А. Моделирование тектонических нарушений с применением связей конечной жесткости с интеграцией в CAE Fidesys // Горная промышленность. 2025. № 4. С. 78-84. DOI: 10.30686/1609-9192-2025-4-78-84
  38. Соннов М.А., Румянцев А.Е., Трофимов А.В., Вильчинский В.Б. Численное моделирование изменения напряженно-деформированного в процессе отработки месторождения в программном комплексе CAE Fidesys с использованием функции пошагового расчета // Горная промышленность. 2020. № 2. С. 110-114. DOI: 10.30686/1609-9192-2020-2-110-114

Похожие статьи

Геометрические модели типовых сложноструктурных блоков уступов
2026 Б. Р. Ракишев, А. И. Едильбаев, А. С. Сакабеков, А. А. Орынбай, Н. А. Мекебай, Т. С. Ибырханов
Реагентная очистка фторсодержащих сточных вод перерабатывающей промышленности
2026 Ю. Д. Пересунько, А. А. Писарева, С. В. Азопков, Е. Н. Кузин, Н. Е. Кручинина
Трехмерное моделирование напряженно-деформированного состояния и анализ стабильности породного массива при строительстве подземной исследовательской лаборатории
2026 В. Н. Татаринов, В. С. Гупало, Д. Ж. Акматов, А. И. Маневич, Р. В. Шевчук, И. В. Лосев, А. А. Камаев
Биогеохимическая характеристика и оценка геоэкологических рисков на территории Далдынского кимберлитового поля
2026 А. Г. Гололобова, Я. Б. Легостаева
Влияние сезонных изменений физико-химических свойств пресной воды на реологические характеристики жидкостей для гидроразрыва пласта (на примере Альметьевского района Республики Татарстан)
2026 И. А. Аленькин, А. В. Насыбуллин, А. В. Кочетков, Р. Р. Закиров, Т. Л. Гайфуллин, Р. Р. Сахибгараев
Геолого-геохимическая характеристика включений твердого битума в вулканитах доюрского комплекса Литваковского нефтяного месторождения
2026 Г. Т. Салахидинова, М. Г. Кульков, К. Ю. Кудрин, Р. И. Бутырин, А. Э. Алиев, Е. М. Мотошин