PRINCIPLES OF ROCK PRESSURE ENERGY USAGE DURING UNDERGROUND MINING OF DEPOSITS

Abstract

Purpose. To substantiate principles of rock pressure usage during underground mining of deposits. Methodology. Zonal structuring indices of massif around mine workings were established with help of industrial, laboratory and theoretical research of stress-strain state of rock massif. Research on entropy influence on energy exchange and deformations developments in undisturbed rock massif is conducted by means of the entropy method. Research on preventive capsule formation processes around mine workings and forms of energy transition into work of rock deformation is executed with help of the energy method. Development of geo-energy approaches for the choice of development workings pathways and calculation of their bolting parameters as well as substantiation of parameters of conducting stoping operations in energy zones of preventive capsules is executed according to the estimation of geo-energy technology effectiveness and realization of industrial implementation during underground mining of deposits. Findings. Physical essence of zonal capsulation phenomenon of mine workings is revealed. Geo-energy principles of rock pressure energy usage are substantaited. Resource-saving technologies of mining of mineral depositis are created and implemented into production. Originality. The paper deals with systematization of the picture of phenomena, capsulation processes and regularities by massif of mine workings with determination of shape, sizes, quantity of energy zones, sinusoidal-damping stresses and ring modules of deformation by means of complex account of geo-energy factors that allow using energy of rock pressure in underground mining technologies systematically. Practical value. The energy prediction theory of zonal capsulation parameters research of mine workings is developed which allows studying shapes, sizes, quantity and conditions of formation of energy zones and borders of possible destruction of the massif. Power dependences are established as to changing the sizes of adjacent power zones whose ratio is a constant from the sizes and shape, depth of laying and physical properties of massif containing mine working. The thermodynamic theory of massif that is not disturbed by workings is improved by means of considering the processes of geo-energy streams redistribution and entropy exchanging with allocation into undisturbed massif in a separate entropy method of research. Further development of the sinusoidal-fading dependence of auto-wave fluctuations of stresses in massif that broken by mine workings from gradients of density, temperature, gas-and water saturations of rocks is given.

Мета. Обґрунтувати принципи використанням енергії гірського тиску при підземній розробці ро- довищ. Методика. Встановлення показників зонально- го структурування масиву навколо виробок вико- нано за допомогою промислових, лабораторних і теоретичних досліджень напружено-деформовано- го стану масиву порід. Дослідження впливу ентро- пії на обмін енергією та розвиток деформацій у не- порушеному масиві порід виконано за допомогою ентропійного методу. Дослідження процесів фор- мування запобіжних капсул навколо виробок і форм перетворення енергії в роботу деформування порід виконано за допомогою енергетичного мето- ду. Розробка геоенергетичних підходів до вибору трас підготовчих виробок і розрахунку параметрів їх кріплення, а також обґрунтування параметрів проведення очисних робіт в енергетичних зонах за- побіжних капсул виконані за даними оцінки ефек- тивності геоенергетичних технологій і реалізаціі промислового впровадження при підземній роз- робці родовищ. Результати. Розкрита фізична сутність феноме- ну зонального капсулювання гірничих виробок. Обґрунтовані геоенергетичні принципи викорис- тання енергії гірського тиску. Створені та впрова- джені у виробництво ресурсозберігаючі технології розробки родовищ. Наукова новизна. Систематизована картина явищ, процесів і закономірностей капсулювання масивом гірських виробок з визначенням форми, розмірів, кількості енергетичних зон, синусоїдаль- но-згасаючих напружень і кільцевих областей де- формації за рахунок комплексного врахування гео- енергетичних факторів, що дозволило цілеспрямо- вано використовувати енергію гірського тиску в технологіях розробки родовищ. Практична значимість. Розроблена енергетична теорія прогнозування зонального капсулювання гірничих виробок, що дозволяє досліджувати пара- метри енергетичних зон: форми, розміри, кількість, умови утворення й межі можливого руйнування масиву. Встановлені степеневі залежності зміни розмірів суміжних енергетичних зон, співвідно- шення яких є константою від розмірів і форми, глибини закладення й фізичних властивостей ма- сиву, що вміщає виробка. Удосконалена термоди- намічна теорія стану непорушеного виробками ма- сиву порід за рахунок урахування процесів перероз- поділу потоків геоенергії та обміну ентропією в не- порушеному масиві з виділенням в окремий метод дослідження – ентропійний. Отримала подальше уточнення синусоїдально-згасаюча залежність ав- тохвильових коливань напружень у порушеному виробками масиві від градієнтів щільності, темпе- ратури, газо- та водонасиченості гірських порід.

Цель. Обосновать принципы использования энергии горного давления при подземной разра- ботке месторождений. Методика. Установление показателей зонально- го структурирования массива вокруг выработок вы- полнено с помощью промышленных, лаборатор- ных и теоретических исследований напряженно- деформированного состояния массива пород. Ис- следование влияния энтропии на обмен энергией и развитие деформаций в нетронутом массиве пород выполнено с помощью энтропийного метода. Ис- следование процессов формирования предохрани- тельных капсул вокруг выработок и форм преобра- зования энергии в работу деформирования пород выполнено с помощью энергетического метода. Разработка геоэнергетических подходов к выбору трасс подготовительных выработок и расчету пара- метров их крепления, а также обоснование параметров проведения очистных работ в энергетических зонах предохранительных капсул выполнены по данным оценки эффективности геоэнергетических технологий и реализации промышленного внедрения при подземной разработке месторождений. Результаты. Раскрыта физическая сущность феномена зонального капсулирования горных выра- боток. Обоснованы геоэнергетические принципы использования энергии горного давления. Созданы и внедрены в производство ресурсосберегаю- щие технологии разработки месторождений. Научная новизна. Систематизирована картина явлений, процессов и закономерностей капсулиро вания массивом горных выработок с определением формы, размеров, количества энергетических зон, синусоидально-затухающих напряжений и кольце вых областей деформации за счет комплексного учета геоэнергетических факторов, позволяющих целенаправленно использовать энергию горного давления в технологиях разработки месторожде ний. Практическая значимость. Разработана энерге тическая теория прогнозирования зонального кап сулирования горных выработок, позволяющая ис следовать параметры энергетических зон: формы, размеры, количество, условия образования и гра ницы возможного разрушения массива. Установ лены степенные зависимости изменения размеров смежных энергетических зон, соотношение кото рых является константой от размеров и формы, глубины заложения и физических свойств массива, вмещающего выработку. Усовершенствована тер модинамическая теория состояния ненарушенного выработками массива горных пород за счет учета процессов перераспределения потоков геоэнергии и обмена энтропией в ненарушенном массиве с вы делением в отдельный метод исследования – эн тропийный. Получила дальнейшее уточнение си нусоидально-затухающая зависимость автоволно вых колебаний напряжений в нарушенном выра ботками массиве от градиентов плотности, темпе ратуры, газо- и водонасыщенности горных пород.