Численное моделирование зонального структурирования массива вокруг подземных выработок

Цель. Выявить показатели зонального структурирования массива вокруг подземных выработок с помощью численных методов моделирования. Методика. Исследование зонального структурирования массива выполнялось методом конечных элементов и термодинамическим методом, с помощью которых смоделированы размеры и...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2016
Автори:	Кононенко, М., Хоменко, О., Судаков, А., Дробот, С., Лхагва, Ц.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України 2016
Назва видання:	Розробка родовищ
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/133546
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Численное моделирование зонального структурирования массива вокруг подземных выработок / М. Кононенко, О. Хоменко, А. Судаков, С. Дробот, Ц. Лхагва // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2016. — Т. 10, вип. 3. — С. 101-106. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-133546
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1335462018-06-02T03:03:58Z Численное моделирование зонального структурирования массива вокруг подземных выработок Кононенко, М. Хоменко, О. Судаков, А. Дробот, С. Лхагва, Ц. Цель. Выявить показатели зонального структурирования массива вокруг подземных выработок с помощью численных методов моделирования. Методика. Исследование зонального структурирования массива выполнялось методом конечных элементов и термодинамическим методом, с помощью которых смоделированы размеры и количество зон, формирующихся вокруг подготовительных и очистных выработок. Результаты. Установлено отношение вертикальных и горизонтальных полуосей зон в массиве и определена достоверность полученных результатов. Раскрыты перспективы создания новых методов моделирования для исследования параметров зонального структурирования массива вокруг подземных выработок. Научная новизна. Раскрыты возможности широко применяемых численных методов моделирования для исследования феномена зонального капсулирования массивом подземных выработок. Практическая значимость. Установлены размеры и форма зон в массиве вокруг выработок и определены требования к синергетическим методам исследования, заключающиеся в возможностях более точного определения количества, размеров и формы зон, а также синусоидально-затухающих напряжений и кольцевых областей деформаций массива. Мета. Виявити показники зонального структурування масиву навколо підземних виробок за допомогою чисельних методів моделювання. Методика. Дослідження зонального структурування масиву виконувалося методом кінцевих елементів і термодинамічним методом, за допомогою яких змодельовані розміри та кількість зон, які формуються навколо підготовчих й очисних виробок. Результати. Встановлено відношення вертикальних і горизонтальних напіввісей зон у масиві та визначена достовірність отриманих результатів. Розкрито перспективи створення нових методів моделювання для дослідження параметрів зонального структурування масиву навколо підземних виробок. Наукова новизна. Розкрито можливості широко застосованих чисельних методів моделювання для дослідження феномена зонального капсулювання масивом підземних виробок. Практична значимість. Встановлено розміри і форму зон у масиві навколо виробок та визначено вимоги до синергетичних методів дослідження, що полягають у можливості більш точного визначення кількості, розмірів і форми зон, а також синусоїдально-згасаючих напружень та кільцевих областей деформацій масиву. Purpose. To identify indicators of massif zonal structuring around underground working using numerical modeling techniques. Methods. Research into massif zonal structuring was performed using finite element method and thermodynamic method by which the size and number of zones formed around development workings and stopes have been simulated. Findings. The ratio of zones’ vertical and horizontal semi axes in the massif has been established and reliability of the obtained results was determined. The prospects of new modeling techniques for the study of massif zonal structuring parameters around underground workings have been identified. Originality. The opportunities for wide application of numerical simulation methods to study the phenomenon of zonal encapsulation by the massif of underground workings have been revealed. Practical implications. The sizes and shapes of zones in the massif around workings were determined and requirements were formulated stating that synergetic research methods should allow to more accurately determine the number, size and shape of zones, as well as fading sinusoidal stress and massif strain domains. 2016 Article Численное моделирование зонального структурирования массива вокруг подземных выработок / М. Кононенко, О. Хоменко, А. Судаков, С. Дробот, Ц. Лхагва // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2016. — Т. 10, вип. 3. — С. 101-106. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 2415-3435 DOI: dx.doi.org/10.15407/mining10.03.101 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/133546 622.831.24.001 ru Розробка родовищ УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Цель. Выявить показатели зонального структурирования массива вокруг подземных выработок с помощью численных методов моделирования. Методика. Исследование зонального структурирования массива выполнялось методом конечных элементов и термодинамическим методом, с помощью которых смоделированы размеры и количество зон, формирующихся вокруг подготовительных и очистных выработок. Результаты. Установлено отношение вертикальных и горизонтальных полуосей зон в массиве и определена достоверность полученных результатов. Раскрыты перспективы создания новых методов моделирования для исследования параметров зонального структурирования массива вокруг подземных выработок. Научная новизна. Раскрыты возможности широко применяемых численных методов моделирования для исследования феномена зонального капсулирования массивом подземных выработок. Практическая значимость. Установлены размеры и форма зон в массиве вокруг выработок и определены требования к синергетическим методам исследования, заключающиеся в возможностях более точного определения количества, размеров и формы зон, а также синусоидально-затухающих напряжений и кольцевых областей деформаций массива.
format	Article
author	Кононенко, М. Хоменко, О. Судаков, А. Дробот, С. Лхагва, Ц.
spellingShingle	Кононенко, М. Хоменко, О. Судаков, А. Дробот, С. Лхагва, Ц. Численное моделирование зонального структурирования массива вокруг подземных выработок Розробка родовищ
author_facet	Кононенко, М. Хоменко, О. Судаков, А. Дробот, С. Лхагва, Ц.
author_sort	Кононенко, М.
title	Численное моделирование зонального структурирования массива вокруг подземных выработок
title_short	Численное моделирование зонального структурирования массива вокруг подземных выработок
title_full	Численное моделирование зонального структурирования массива вокруг подземных выработок
title_fullStr	Численное моделирование зонального структурирования массива вокруг подземных выработок
title_full_unstemmed	Численное моделирование зонального структурирования массива вокруг подземных выработок
title_sort	численное моделирование зонального структурирования массива вокруг подземных выработок
publisher	УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
publishDate	2016
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/133546
citation_txt	Численное моделирование зонального структурирования массива вокруг подземных выработок / М. Кононенко, О. Хоменко, А. Судаков, С. Дробот, Ц. Лхагва // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2016. — Т. 10, вип. 3. — С. 101-106. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
series	Розробка родовищ
work_keys_str_mv	AT kononenkom čislennoemodelirovaniezonalʹnogostrukturirovaniâmassivavokrugpodzemnyhvyrabotok AT homenkoo čislennoemodelirovaniezonalʹnogostrukturirovaniâmassivavokrugpodzemnyhvyrabotok AT sudakova čislennoemodelirovaniezonalʹnogostrukturirovaniâmassivavokrugpodzemnyhvyrabotok AT drobots čislennoemodelirovaniezonalʹnogostrukturirovaniâmassivavokrugpodzemnyhvyrabotok AT lhagvac čislennoemodelirovaniezonalʹnogostrukturirovaniâmassivavokrugpodzemnyhvyrabotok
first_indexed	2025-07-09T19:11:44Z
last_indexed	2025-07-09T19:11:44Z
_version_	1837197746771066880
fulltext	Founded in 1900 National Mining University Mining of Mineral Deposits ISSN 2415-3443 (Online) \| ISSN 2415-3435 (Print) Journal homepage http://mining.in.ua Volume 10 (2016), Issue 3, pp. 101-106 101 UDC 622.831.24.001 http://dx.doi.org/10.15407/mining10.03.101 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗОНАЛЬНОГО СТРУКТУРИРОВАНИЯ МАССИВА ВОКРУГ ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК М. Кононенко1, О. Хоменко1, А. Судаков2, С. Дробот3, Ц. Лхагва4 1Кафедра подземной разработки месторождений, Национальный горный университет, Днепропетровск, Украина 2Кафедра техники разведки месторождений полезных ископаемых, Национальный горный университет, Днепропетровск, Украина 3Государственный концерн “Ядерное топливо”, Киев, Украина 4Отдел магистратуры и докторантуры, Монгольский университет науки и технологии, Улан-Батор, Монголия Ответственный автор: e-mail kmn211179@gmail.com, тел. +380676626205 NUMERICAL MODELLING OF MASSIF ZONAL STRUCTURING AROUND UNDERGROUND WORKING M. Kononenko1, O. Khomenko1, А. Sudakov2, S. Drobot3, Ts., Lkhagva4 1Underground Mining Department, National Mining University, Dnipropetrovsk, Ukraine 2Techniques Prospect of Deposits Department, National Mining University, Dnipropetrovsk, Ukraine 3State Concern “Yaderne Palyvo”, Kyiv, Ukraine 4Postgraduate Study Department, Mongolian University of Science and Technology, Ulaanbaatar, Mongolia Corresponding author: e-mail kmn211179@gmail.com, tel. +380676626205 ABSTRACT Purpose. To identify indicators of massif zonal structuring around underground working using numerical modeling techniques. Methods. Research into massif zonal structuring was performed using finite element method and thermodynamic method by which the size and number of zones formed around development workings and stopes have been simulated. Findings. The ratio of zones’ vertical and horizontal semi axes in the massif has been established and reliability of the obtained results was determined. The prospects of new modeling techniques for the study of massif zonal struc- turing parameters around underground workings have been identified. Originality. The opportunities for wide application of numerical simulation methods to study the phenomenon of zonal encapsulation by the massif of underground workings have been revealed. Practical implications. The sizes and shapes of zones in the massif around workings were determined and require- ments were formulated stating that synergetic research methods should allow to more accurately determine the num- ber, size and shape of zones, as well as fading sinusoidal stress and massif strain domains. Keywords: finite element method, thermodynamic method, massif zonal structuring, rock massif 1. АКТУАЛЬНОСТЬ Разработка месторождений полезных ископаемых в разнообразных условиях залегания характеризуется растрескиванием, расслоением, образованием зако- лов, обрушений, горных ударов и других форм про- явления энергии горного давления. В основу боль- шинства применяемых методов исследования этих явлений положен принцип зависимостей разных свойств горных пород с их напряженно-деформи- рованным состоянием, которое происходит под воз- действием естественных и искусственных энергети- ческих полей (Shashenko, Gapieiev, & Solodyankin, 2009; Pellet, Roosefid, & Deleruyelle, 2009). Несмотря на многообразие применяемых методов исследова- ния, средств диагностики и контроля напряженно- деформированного состояния массива, по функцио- нальному назначению их объединяют в три класса: натурные (промышленные), физические (лаборатор- ные) и аналитические (теоретические). В свою оче- редь классы подразделяются на группы (например, аналитические – на механики горных пород и синер- гетические), и далее на виды (сплошной среды, упру- гости, пластичности, ползучести, граничных разно- стей и элементов, конечных элементов, а также эн- тропийные, термодинамические и энергетические). Метод конечных элементов, получивший сегодня достаточно широкое распространение, изначально разрабатывался для определения прочности проекти- http://mining.in.ua/ http://dx.doi.org/10.15407/mining10.03.101 mailto:kmn211179@gmail.com mailto:kmn211179@gmail.com M. Kononenko, O. Khomenko, A. Sudakov, S. Drobot, Ts. Lkhagva (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(3), 101-106 102 руемых и действующих конструкций (жилые здания, промышленные сооружения, детали машин) с задан- ными свойствами материалов (металл, бетон, железо- бетон). Моделирование напряженно-деформирован- ного состояния горных пород является обратной зада- чей, в которой отсутствует достоверная информация о свойствах массива, точных размерах выработок и целиков между ними при непрерывном протекании в массиве процессов деформирования (Falshtynskyi, Lozynskyi, Saik, Dychkovskyi, & Tabachenko, 2016). При этом современный уровень исследования физи- ческих свойств горных пород характеризуется приме- нением синергетических методов, из которых самым апробированным является термодинамический метод (Lavrinenko & Lysak, 1980). Таким образом, необхо- димо оценить возможности методов конечных эле- ментов и термодинамического метода на предмет выявления показателей зонального структурирование массива и на этой основе разработки требований к энтропийному и энергетическому исследованию. 2. МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ В соответствии с классификацией, к теоретиче- ским (аналитическим) методам исследования отнесе- ны математические методы механики горных пород, которые основываются на положениях теории сплошной среды, теории упругости, пластичности и ползучести. Наиболее широко используемая группа математических методов – это аналитические методы теории упругости. Основное их преимущество заклю- чается в том, что они дают реальную основу для по- нимания только геомеханических процессов, вызыва- емых образованием выработки. Основной недоста- ток – высокая степень идеализации горных пород до однородного изотропного или анизотропного массива с простейшей геометрией подземной конструкции, вследствие чего утрачиваются некоторые существен- ные особенности конкретных породных массивов. С целью приближения модельных представлений к реальным условиям в механике горных пород ис- пользуют аналитические методы теории пластично- сти и теории ползучести. Это позволяет достичь определенных результатов, однако практический выход сильно затруднен вследствие чрезвычайной идеализации строения рудо-породного массива и определения граничных условий. Помимо указанно- го, результаты моделирования с помощью методов механики оцениваются по критерию прочности, вы- бор которого производят из множества теорий фено- менологической прочности. Попытки комплексного учета количественных и ка- чественных характеристик массива приводили к созда- нию новых программных модулей для решения задач в упруго-пластичной и объемной постановках, что влекло применение сверхмощных компьютеров (Russkikh, Demchenko, Salli, & Shevchenko, 2013; Timoshuk, Demchenko, & Sherstuk, 2010). Невзирая на все усовер- шенствования, существующие численные методы и дополняющие их критерии прочности не позволяют точно определить границы зон разряжения и концен- трации напряжений вокруг горных выработок, что ста- вит под сомнение достоверность полученных результа- тов в целом (Bondarenko, Symanovych, & Koval, 2012). Метод конечных разностей – первый из численных методов, который является классическим приближе- нием метода теории упругости, при котором искомые значения перемещений определяются в узловых точ- ках, а производные – разностными соотношениями. Главным недостатком метода является чрезвычайная сложность применения для анализа напряженно- деформированного состояния неоднородных сред и индивидуальный подход к каждой задаче механики деформируемого твердого тела. Метод конечных эле- ментов базируется на теории потенциала и теории интегральных сингулярных уравнений, в которых основой численной реализации является переход от функциональных интегральных соотношений к их алгебраическим аналогам. С помощью метода возможно решение задач меха- ники горных пород в плоской и объемной постановке. Однако в настоящее время практическое приложение метода практически отсутствует из-за недостаточной разработки программного обеспечения. Метод конеч- ных элементов относится к вариационным методам и представляет собой обобщение метода Релея-Ритца- Галеркина. Сущность метода состоит в том, что иско- мую непрерывную величину аппроксимируют кусоч- ным набором простейших функций, заданных над ограниченными конечными элементами, т.е. породный массив представляется в виде набора относительно больших конечных элементов, как правило, связанных между собой в отдельных узлах (Sdvyzhko, Babets, Kravchenko, & Smirnov, 2016; Marras et al., 2015). Оценка прочностного состояния массива, в котором важным вопросом является выбор критерия сравнения действующих напряжений с предельно допустимыми их значениями. Имеются в виду различные теории феноменологической прочности: теория наибольших нормальных напряжений (критерий У.Д. Ренкина); теория наибольших касательных напряжений (крите- рий Ш. Кулона-А. Навье, критерий O. Mоpa и с учетом усовершенствований – Р. Гриффитса, Э. Хоэкома, Г.Н. Кузнецова); интегральная оценка устойчивости пород Н.С. Булычева и Н.Н. Фотиевой; критерий А. Гриффитса-У. Брейса; оценка интегральных харак- теристик массива, не зависящих от его локальных ка- честв (гидравлический радиус В.Д. Слесарева) и про- чие. Адекватность выбора и применения критерия прочности ставит под сомнение результаты моделиро- вания. Моделирование состояния массива вокруг под- готовительных и очистных выработок выполнялось с помощью программного продукта “Plaхis”. 3. ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ При исследовании состояния массива с помощью метода конечных элементов на контуре выработок получали стремящиеся к нулю нормальные и макси- мальные касательные напряжения (Рис. 1а, б). С уда- лением вглубь от обнажения массива нормальные напряжения увеличивались, а касательные уменьша- лись (Рис. 2а), что приводило к формированию разно- напряженных зон. Определение положения границ отдельных зон выполнялось по анализу изменения напряженности массива. Критерием определения места положения зон являлось значение напряженности мас- сива, соответствующее величине γН, которое для мето- да конечных элементов выполнялось лишь условно. M. Kononenko, O. Khomenko, A. Sudakov, S. Drobot, Ts. Lkhagva (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(3), 101-106 103 (а) (б) (в) (г) Рисунок 1. Развитие напряженно-деформированного состояния и формирование зон разгрузки и концентрации напряжений вокруг подготовительной выработки (а, в) и очистной камеры (б, г) на глубине 1000 м ЧАО “Запорожский ЖРК”, смоделированных методом конечных элементов (а, б; кН/м2) и термодинами- ческим методом (в, г; МПа) Отношение вертикальных и горизонтальных по- луосей в зоне №1 составили для подготовительной выработки 1.75 и 1.50; в зоне №2 – 5.20 и 4.00; в зоне №3 – 32.57 и 20.00 соответственно, а для очистной – в зоне №1 – 1.30 и 3.25. Сходимость относительных размеров при моделировании зоны №1 составило 85.71%, зоны №2 – 76.92% и зоны №3 – 84.21% (Табл. 1) (Vladyko, Khomenko, & Kozlov, 2007). Термодинамический метод рассматривает иссле- дуемый массив горных пород в качестве термодина- мической системы. Ее состояние определяется всеми физическими величинами, характеризующими мак- роскопические свойства (плотность, внутреннюю энергию, намагниченность и т.д.). Термодинамиче- ский метод, базируясь на фундаментальных законах физики, позволяет довольно точно установить опти- мальные размеры и форму устойчивого обнажения массива на любой заданной глубине в конкретных горно-геологических условиях залегания рудных тел. В общем случае задача сводится к последовательно- му определению потенциальных напряжений в нена- рушенном массиве, физических свойств пород в условиях их залегания, напряженного состояния пород вокруг выработок. Оценку напряженности горных пород производи- ли по основным областям концентрации напряжений в массиве, окружающем подготовительные выработ- ки или очистные камеры. Для подготовительных выработок основные области концентрации напря- жений – это кровля, почва и бока выработки, а для очистных камер – породы висячего и лежачего боков, потолочина и днище. Далее исследовали величины напряжений с учетом изменения исследуемых пара- метров: глубина горных работ (глубина заложения выработок); физические свойства горных пород (прочность, устойчивость, разрушаемость); техноло- M. Kononenko, O. Khomenko, A. Sudakov, S. Drobot, Ts. Lkhagva (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(3), 101-106 104 гические параметры выработок (размеры, форма, конструктивное исполнение). Затем исследовали области возможного разрушения массива при моде- лировании глубины горных работ и физико- механических свойств. В методе уже заложен крите- рий прочности по определению областей возможного деформирования массива, путем сравнения реальных напряжений с предельно-допустимыми на растяже- ние и сдвиг (Рис. 1в, г). Термодинамический метод имеет ряд преиму- ществ перед численными методами по причине его создания специально для моделирования параметров разработки рудных месторождений. Он позволяет производить расчет начального напряженного состо- яния массива, физических свойств горных пород на заданной глубине, а не принимать среднестатистиче- ские значения. Метод показывает, что реально суще- ствующие радиальные и тангенциальные напряжения по мере приближения к поверхности обнажения мас- сива выработкой увеличиваются, и на ее контуре приобретают максимальные значения (Рис. 2б). (а) (б) Рисунок 2. Характер изменения напряженности в мас- сиве при моделировании состояния вмещаю- щего массива методом конечных элементов (а) и термодинамическим методом (б) при проведении подготовительной выработки на глубине 1000 м Также отсутствует необходимость анализа, выбо- ра и применения дополнительных критериев сравне- ния действующих напряжений с предельно-допусти- мыми, что не приводит к искажению результатов моделирования. Главным недостатком метода явля- ется отсутствие возможности определения количе- ственных и качественных показателей состояния массива за пределами зон разгрузки (разряжения) напряжений. Исследование состояния массива в зо- нах концентрации напряжений, процессов перерас- пределения нагрузки от толщи подработанных пород, процессов уравновешивания энергии и развития зо- нального деформирования этим методом не предо- ставляется возможным (Табл. 1) (Khomenko, Ko- nonenko, & Danylchenko, 2016). Отношение вертикальных и горизонтальных по- луосей в зоне №1 составляет для подготовительной выработки 2.05 и 1.90, а для очистной – 1.78 и 3.45. Сходимость относительных размеров при моделиро- вании для зоны №1 – 92.68%. Относительная глубина разрушения массива          h hUn 5.0 5.0 в зоне разгрузки при моделировании термодинамическим методом для подготовительных и очистных выработок находится в пределах 0.01 и 35.00. Энтропийный метод – это одно из перспективных направлений исследований различных систем, кото- рый основывается на анализе изменений энтропии и динамики энергетических процессов, порождаемых изменением состояния открытых систем. В этом методе моделирование систем осуществляется с по- мощью отображения множества варьируемых значе- ний в неслучайную функцию комплексного энтро- пийного потенциала. Вариации значений параметра моделируются как в пространстве, так и во времени. В качестве базового значения необходимо выбирать математическое ожидание параметра, диапазон его изменения, предельное или какое-либо номинальное значение. При таком определении величина энтро- пийного потенциала является обобщенной и унифи- цированной, на базе закона равномерной плотности энергии, характеристикой состояния неопределенно- сти исследуемого параметра с любым другим зако- ном распределения. Основы энтропийного метода заложил В.Ф. Лавриненко в рамках термодинамиче- ской теории. Для создания энтропийного метода нужная часть термодинамической теории требует доработки и расширения. Далее на базе энтропийного метода, который определяет параметры ненарушенного массива гор- ных пород и термодинамического метода, который моделирует состояние массива в приконтурной зоне (зоне разгрузки), разработан еще один – синергети- ческий метод, которым является энергетический метод. Он позволяет моделировать состояние мас- сива в энергетических зонах, которые формируют предохранительную капсулу, и описывать взаимо- действие механической, термодинамической и дру- гих видов энергий. γH γH M. Kononenko, O. Khomenko, A. Sudakov, S. Drobot, Ts. Lkhagva (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(3), 101-106 105 Таблица 1. Размеры энергетических зон по результатам теоретического моделирования массива вокруг выработок Метод Вид выработки Полуось энергетической зоны, h an 5.0 и b bn 5.0 верти- кальная горизон- тальная верти- кальная горизон- тальная верти- кальная горизон- тальная зона №1 зона №2 зона №3 Конечных элементов Подготовительная 1.75 1.50 5.20 4.00 23.75 20.00 Очистная 1.30 3.25 γН γН γН γН Термодина- мический Подготовительная 2.05 1.90 γН γН γН γН Очистная 1.78 3.45 γН γН γН γН Механическая энергия раскрывает совокупность гравитационных и электромагнитных взаимодей- ствий на уровнях макротел и проявляется при де- формации, метаморфизме и деструкции веществен- ных геоэнергетических систем. Термодинамическая энергия является внутренней тепловой энергией атомно-молекулярных взаимодействий в твердых, жидких и газовых вещественных системах и характе- ризует движение атомов и молекул на физико- химических уровнях организации минералов, горных пород, геологических формаций и других геоэнерге- тических систем. Метод раскрывает понятие о есте- ственных телах – геологических системах, которые не совпадают с понятием о термодинамических си- стемах, поскольку первые представляют собой орга- низованные системы, а вторые – бесструктурную статистическую совокупность (множество) однород- ных микрообъектов. 4. ВЫВОДЫ Моделирование напряженности массива теорети- ческими методами, основным из которых является метод конечных элементов, показал, что на контуре выработок нормальные напряжения приближаются к нулю, а касательные – имеют максимальные значе- ния, которые без адекватного критерия прочности далее не могут показать области возможного разру- шения. Выявленное отношение вертикальных и гори- зонтальных полуосей в зоне №1 составляет для под- готовительной выработки 1.75 и 1.50; в зоне №2 – 5.20 и 4.00; в зоне №3 – 23.75 и 20.00 соответственно, а для очистной в зоне №1 – 1.30 и 3.25. Термодинамический метод показал, что по мере приближения к обнажению массива выработкой ра- диальные и тангенциальные напряжения увеличива- ются, а на ее контуре приобретают максимальные значения. Отношение вертикальных и горизонталь- ных полуосей зоны №1 составляет для подготови- тельной выработки 2.05 и 1.90, а для очистной – 1.78 и 3.45. Главным недостатком метода является отсут- ствие возможности определения состояния массива за пределами зоны №1 (зоны разгрузки напряжений). Выполненные исследования зонального структу- рирования массива вокруг горных выработок с по- мощью широко применяемых теоретических методов исследования не позволили установить точное коли- чество, размеры и форму энергетических зон, вы- явить синусоидально затухающие напряжения и кольцевые области деформации. Усовершенствова- ние существующего энтропийного метода как части термодинамической теории и создание нового – энергетического – позволит исследовать указанные процессы и закономерности, формирующие и управ- ляющие феноменом зонального капсулирования массивом подземных выработок. БЛАГОДАРНОСТЬ За предоставленные материалы и оказанную под- держку при проведении теоретических исследований с помощью термодинамического метода авторы вы- ражают благодарность заведующему кафедры под- земной разработки месторождений полезных ископа- емых Государственного ВУЗ “Криворожский нацио- нальный университет” В.А. Калиниченку. REFERENCES Bondarenko, V., Symanovych, G., & Koval, O. (2012). The Mechanism of Over-Coal Thin-Layered Massif Defor- mation of Weak Rocks in a Longwall. Geomechanical Pro- cesses during Underground Mining: School of Under- ground Mining 2012, 41-44. http://dx.doi.org/10.1201/b13157-8 Falshtynskyi, V., Lozynskyi, V., Saik, P., Dychkovskyi, R., & Tabachenko, M. (2016). Substantiating Parameters of Strat- ification Cavities Formation in the Roof Rocks during Un- derground Coal Gasification. Mining of Mineral Deposits, 10(1), 16-24. http://dx.doi.org/10.15407/mining10.01.016 Khomenko, O., Kononenko, M., & Danylchenko, М. (2016). Modeling of Bearing Massif Condition during Chamber Mining of Ore Deposits. Mining Of Mineral Deposits, 10(2), 40-47. http://dx.doi.org/10.15407/mining10.02.040 Lavrinenko, V.F., & Lysak, V.I. (1980). Napryazhennoe sosto- yanie i fizicheskie svoystva porod v zonakh razgruzki vokrug gornykh vyrabotok. Gornyy zhurnal, (10), 29-32. Marras, S., Kelly, J.F., Moragues, M., Müller, A., Kope- ra, M.A., Vázquez, M., & Jorba, O. (2015). A Review of Element-Based Galerkin Methods for Numerical Weather Prediction: Finite Elements, Spectral Elements, and Discon- tinuous Galerkin. Archives of Computational Methods in Engineering. http://dx.doi.org/10.1007/s11831-015-9152-1 Pellet, F., Roosefid, M., & Deleruyelle, F. (2009). On the 3D Numerical Modelling of the Time-Dependent Development of the Damage Zone around Underground Galleries during and after Excavation. Tunnelling and Underground Space Technology, 24(6), 665-674. http://dx.doi.org/10.1016/j.tust.2009.07.002 Russkikh, V., Demchenko, Y., Salli, S., & Shevchenko, O. (2013). New Technical Solutions during Mining C5 Coal Seam under Complex Hydro-Geological Conditions of Western Donbass. Mining of Mineral Deposits, 257-260. http://dx.doi.org/10.1201/b16354-48 http://dx.doi.org/10.1201/b13157-8 http://dx.doi.org/10.15407/mining10.01.016 http://dx.doi.org/10.15407/mining10.02.040 http://dx.doi.org/10.1007/s11831-015-9152-1 http://dx.doi.org/10.1016/j.tust.2009.07.002 http://dx.doi.org/10.1201/b16354-48 M. Kononenko, O. Khomenko, A. Sudakov, S. Drobot, Ts. Lkhagva (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(3), 101-106 106 Sdvyzhko, О., Babets, D., Kravchenko, K., Smirnov, A. (2016). Determination of the displacements of rock mass nearby the dismantling chamber under effect of plow longwall. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytety, 2, 34-42. Shashenko, A., Gapieiev, S., Solodyankin, A. (2009). Numeri- cal simulation of the elastic-plastic state of rock mass around horizontal workings. Archives of Mining Sciences, (54)2, 341-348. Timoshuk, V., Demchenko, J., & Sherstuk, Y. (2010). The Role of Natural and Technogenic Components in Failure of Ge- omechanical Stability of the Territories which are in the In- fluence Zone of Mining Objects. New Techniques and Technologies in Mining, 189-192. http://dx.doi.org/10.1201/b11329-31 Vladyko, O., Khomenko, O., & Kozlov, S. (2007). Prognoziro- vanie ustoychivosti ochistnykh kamer v usloviyakh fil’tra- tsii dlya ZAO “Zaporozhskiy zhelezorudnyy kombinat” Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (2), 13-15. ABSTRACT (IN RUSSIAN) Цель. Выявить показатели зонального структурирования массива вокруг подземных выработок с помощью численных методов моделирования. Методика. Исследование зонального структурирования массива выполнялось методом конечных элементов и термодинамическим методом, с помощью которых смоделированы размеры и количество зон, формирую- щихся вокруг подготовительных и очистных выработок. Результаты. Установлено отношение вертикальных и горизонтальных полуосей зон в массиве и определена достоверность полученных результатов. Раскрыты перспективы создания новых методов моделирования для исследования параметров зонального структурирования массива вокруг подземных выработок. Научная новизна. Раскрыты возможности широко применяемых численных методов моделирования для исследования феномена зонального капсулирования массивом подземных выработок. Практическая значимость. Установлены размеры и форма зон в массиве вокруг выработок и определены требования к синергетическим методам исследования, заключающиеся в возможностях более точного опреде- ления количества, размеров и формы зон, а также синусоидально-затухающих напряжений и кольцевых обла- стей деформаций массива. Ключевые слова: метод конечных элементов, термодинамический метод, зональное структурирование массива, горный массив ABSTRACT (IN UKRAINIAN) Мета. Виявити показники зонального структурування масиву навколо підземних виробок за допомогою чи- сельних методів моделювання. Методика. Дослідження зонального структурування масиву виконувалося методом кінцевих елементів і термодинамічним методом, за допомогою яких змодельовані розміри та кількість зон, які формуються навколо підготовчих й очисних виробок. Результати. Встановлено відношення вертикальних і горизонтальних напіввісей зон у масиві та визначена достовірність отриманих результатів. Розкрито перспективи створення нових методів моделювання для дослі- дження параметрів зонального структурування масиву навколо підземних виробок. Наукова новизна. Розкрито можливості широко застосованих чисельних методів моделювання для дослі- дження феномена зонального капсулювання масивом підземних виробок. Практична значимість. Встановлено розміри і форму зон у масиві навколо виробок та визначено вимоги до синергетичних методів дослідження, що полягають у можливості більш точного визначення кількості, роз- мірів і форми зон, а також синусоїдально-згасаючих напружень та кільцевих областей деформацій масиву. Ключові слова: метод кінцевих елементів, термодинамічний метод, зональне структурування масиву, гірський масив ARTICLE INFO Received: 27 June 2016 Accepted: 14 September 2016 Available online: 30 September 2016 ABOUT AUTHORS Maksym Kononenko, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Underground Mining Department, National Mining University, 19 Yavornytskoho Ave., 4/58, 49005, Dnipropetrovsk, Ukraine. E-mail: kmn211179@gmail.com Oleh Khomenko, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor of the Underground Mining Department, National Mining University, 19 Yavornytskoho Ave., 4/58, 49005, Dnipropetrovsk, Ukraine. E-mail: koordin@rudana.in.ua Andrii Sudakov, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Techniques Prospect of Deposits Department, National Mining University, 19 Yavornytskoho Ave., 9/401, 49005, Dnipropetrovsk, Ukraine. E-mail: sudakovy@ukr.net Serhii Drobot, General Director, State Concern “Yaderne Palyvo”, 34 Khreshchatyk St, 01001, Kyiv, Ukraine. E-mail: office@nfuel.gov.ua Tsendjav Lkhagva, Employee of Postgraduate Study Department, Mongolian University of Science and Technology, 8th khoroo, Baga toiruu 34, 14191, Ulaanbaatar, Mongolia. E-mail: lkhagva01@yahoo.com http://dx.doi.org/10.1201/b11329-31 mailto:kmn211179@gmail.com mailto:koordin@rudana.in.ua mailto:sudakovy@ukr.net mailto:office@nfuel.gov.ua mailto:lkhagva01@yahoo.com

Численное моделирование зонального структурирования массива вокруг подземных выработок

Репозитарії

Схожі ресурси