ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕОМЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ СОПРЯЖЕНИЙ ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК
Authors: Павлова Л.Д. , Цветков А.Б. , Корнев Е.С. 
Published: October 2024

В статье описываются результаты решения актуальной научной задачи определения параметров напряженно-деформированного состояния геомассива в окрестности сопряжений подземных горных выработок. Целью работы является исследование геомеханических процессов в массиве горных пород в зоне влияния сопряжений горных выработок при движении очистного комплексно-механизированного забоя. Для исследования используются методы математического и численного моделирования, проведения вычислительных экспериментов. Математическая модель геомеханических процессов в массиве горных пород описывается системой дифференциальных уравнений, которая решается методом конечных элементов в трехмерной постановке на основе вариационного принципа. Для дискретизации области исследования используются трехмерные конечные элементы в форме тетраэдров с узлами, расположенными в вершинах элементов. Для проведения вычислительных экспериментов применяется авторский комплекс проблемно-ориентированных программ. В качестве объекта исследования выбран участок шахтного поля, для которого приняты горно-геологические условия, характерные для шахт Кузнецкого угольного бассейна. По результатам вычислительных экспериментов определен характер распределения вертикальных смещений, напряжений и коэффициента концентрации вертикальных напряжений, выявлены пространственные положения концентраторов напряжений при движении комплексно-механизированного забоя и очаги повышенного горного давления в зоне влияния сопряжений подземных горных выработок. Область применения результатов исследований заключается в разработке на их основе практических рекомендаций, необходимых для управления горным давлением, которые позволяют выбрать оптимальные режимы подвигания очистного комплексно-механизированного забоя и скорость выемки угля в лаве. Также результаты численного моделирования можно использовать при разработке оперативных мероприятий по профилактике опасных производственных ситуаций на угольных шахта, что позволит повысить безопасность ведения горных работ в сложных горно-геологических условиях.

Article describes the results of research within the scientific problem of determining parameters of the stress-strain state of geomassive in vicinity of underground mining conjugations. Purpose of the work is to study geomechanical processes in rock massif in the zone of influence of longwall mining. Methods of mathematical and numerical modeling, computational experiments are used in the research. Mathematical model of geomechanical processes in an array of rocks is described by a system of differential equations, which is solved by the finite element method in three-dimensional formulation based on variational principle. Three-dimensional finite elements in form of tetrahedrons with nodes located at vertices of the elements are used to discretize the study area. To perform computational experiments, the authentic set of problem-oriented programs is used. The site of the mine field was selected as the object of study, for which mining and geological conditions of the Kuznetsk coal basin mines are stated. According to the results of computational experiments, nature of distribution of vertical displacements, stresses and concentration factor of vertical stresses was determined, spatial positions of stress concentrators during longwall mining and the center of high rock pressure in zone of influence of interfaces of underground mining are revealed. The scope of research results provides development of practical recommendations necessary for rock pressure control, which allow us to choose the optimal modes of movement of longwall face and speed of coal extraction in the longwall. Also, the results of numerical simulation can be used in development of operational measures for prevention of hazardous production situations at coal mine, which will raise safety of mining operations in difficult mining and geological conditions.