КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАЧАЛЬНОГО ПОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ГОРНЫХ УДАРОВ
Authors: Пугач Александр Сергеевич 
Published: December 2024

Рассмотрены особенности прогнозирования горных ударов на основе применения компьютерного моделирования. В модели представлено Воркутское месторождение, разработка которого осложнена горно-геологическими условиями и влиянием тектоники, создающими предпосылки для формирования начального поля напряжений. Произведен анализ того, как напряженно-деформированное состояние массива сказывается в проявлении горных ударов, на основании чего предложена методика их прогнозирования, включающая рассмотрение модели упрочняющегося массива. Угольный пласт в этом случае представляют пластичным материалом. Непосредственно в угольном пласте образуются переходные зоны текучести, изменяющие свое состояние с течением времени и играющие роль в создании максимумов пределов текучести, вносящие дополнительный вклад в перераспределение напряжений, а также зоны упрочнения, выражаемые через полиномы высших порядков при описании напряженного состояния. Расчетная модель включает несколько комбинаций модуля деформации и коэффициента Пуассона в диапазоне 0,8E …1,2E и 0,8ν …1,2ν , где E и ν - усредненные значения, определяемые лабораторными способами. Полученные расчетные значения выражены в главных напряжениях. Для значений в точках горных ударов (согласно планам горных работ) и в указанных нейтральных точках, где горных ударов не наблюдалось, рассчитана плотность числа реализации значений напряжений. Для каждого из этих случаев распределение плотностей числа реализаций носит различный характер. В точках, соответствующих горным ударам, существуют предпосылки к резкому изменению напряженного состояния при образовании поверхности обнажения, в то время как в остальных точках есть предпосылки к постепенному снижению напряженности. Такая модель позволяет устанавливать причинно-следственные связи. Полученное решение не противоречит практике ведения горных работ и может найти отражение в рамках регионального прогноза.

The article discusses the features of rock burst prediction based on the use of computer simulation. The model represents the Vorkuta deposit, the development of which is complicated by mining and geological conditions and the influence of tectonics, which create prerequisites for the formation of an initial stress field. An analysis was made of how the stress-strain state of the massif affects the manifestation of rock bursts, based on which we propose a method for predicting them, including the model of a hardening massif. The coal layer in this case is a plastic material. Transitional yield zones are formed directly in the coal seam, which change their state over time and play a role in creating yield strength maxima, making an additional contribution to the redistribution of stresses, as well as hardening zones, expressed through higher-order polynomials when describing the stress state. The calculation model includes several combinations of the deformation modulus and Poisson's ratio in the range of 0.8E ...1.2E and 0.8ν ...1.2ν , where E and ν are average values determined by laboratory methods. The calculated values obtained are expressed in principal stresses. For values at the points of rock bumps (according to mining plans) and at the indicated neutral points, where rock bumps were not observed, the density of the number of realization of stress values was calculated. For each of these cases, the distribution of probability densities has a different character. At the points corresponding to rock bumps, there are prerequisites for a sharp change in the stress state during the formation of the outcrop surface, while at other points there are prerequisites for a gradual decrease in tension. This model allows us to establish causal relationships. The resulting solution does not contradict the practice of mining operations and can be reflected in the regional forecast.