Generalization of trends in the influence of geomechanics factors on the choice of operation modes for the fastening system in the preparatory mine workings

Abstract

Purpose. Substantiation of the mechanism of loading the preparatory mine working support to optimize its deformation-strength characteristics based on the calculation of the stress-strain state of the “massif – support” system. Improving the cost effective technologies for fastening and maintaining the preparatory mine workings. Methods. The analysis of the elements interaction modes of the “massif – support” system has been performed by the two-parameter diagram for optimizing the deformation-strength characteristics of the rock massif and the preparatory mine workings support using the research results of the stress-strain state of a system by means of finite element method. A comparison has been made of computational experiment with mine instrumental observations. Findings. The geomechanical model of the computational experiment on the choice of operation modes of the fastening system, as well as the methodology of the approach to optimize the process of interaction between the massif and the support have been substantiated. The analysis of search patterns for the rational deformation-strength characteristics of the fastening system in the preparatory mine working, taking into account the influence of the main geo- mechanics factors on this process, has been developed and performed. Originality. The patterns have been established of the geomechanics factors influence on the choice of rational operation modes of the load-bearing elements of the fastening system and the support in general based on research of the stress-strain state of the “massif – support” system. The optimization principles of interaction based on the analysis of a two-parameter interaction diagram have been substantiated. Practical implications. The wide perspective has been substantiated for strengthening the soft rocks in reusable preparatory mine workings with combined roof-bolting systems, which makes possible to realise the resource-saving conditions of maintenance. The calculations have been made with account of the optimization criteria for interaction of massif and support.

Мета. Обґрунтування механізму навантаження кріплення підготовчої виробки для оптимізації її деформа- ційно-силових характеристик на базі розрахунку напружено-деформованого стану системи «масив – кріплення». Удосконалення малозатратних технологій кріплення і підтримки підготовчих виробок. Методика. Аналіз режимів взаємодії елементів системи «масив – кріплення», виконаний за двопараметричною схемою оптимізації деформаційно-силових характеристик породного масиву і кріплення підготовчих виробок із використанням результатів досліджень напружено-деформованого стану системи методом скінченних елементів. Проведено порівняння обчислювального експерименту з шахтними інструментальними спостереженнями. Результати. Обґрунтовано геомеханічну модель обчислювального експерименту з вибору режимів роботи кріпильної системи й методологію підходу для оптимізації процесу взаємодії масиву з кріпленням. Розроблено та проведено аналіз схем пошуку раціональних деформаційно-силових характеристик кріпильної системи підготовчої виробки з урахуванням впливу на цей процес основних геомеханічних факторів. Наукова новизна. Встановлено закономірності впливу геомеханічних факторів на вибір раціональних режимів роботи вантажонесучих елементів кріплення системи і кріплення в цілому на основі вивчення напружено-деформованого стану системи «масив – кріплення». Обґрунтовано оптимізаційні принципи взаємодії на базі аналізу двопараметричної схеми взаємодії. Практична значимість. Обґрунтовано широку перспективу зміцнення слабких порід покрівлі підготовчих виробок, що повторно використовуються, комбінованими анкерними системами, яка дозволяє реалізувати ресурсозберігаючі умови підтримки. Розрахунки виконано з урахуванням оптимізаційних критеріїв взаємодії масиву з кріпленням.

Цель. Обоснование механизма нагружения крепи подготовительной выработки для оптимизации ее деформационно-силовых характеристик на базе расчета напряженно-деформированного состояния системы «массив – крепь». Усовершенствование малозатратных технологий крепления и поддержания подготовительных выработок. Методика. Анализ режимов взаимодействия элементов системы «массив – крепь» выполнен по двухпараметрической схеме оптимизации деформационно-силовых характеристик породного массива и крепи подготовительных выработок с использованием результатов исследований напряженно-деформированного состояния системы методом конечных элементов. Проведено сравнение вычислительного эксперимента с шахтными инструментальными наблюдениями. Результаты. Обоснована геомеханическая модель вычислительного эксперимента по выбору режимов работы крепежной системы и методология подхода для оптимизации процесса взаимодействия массива с крепью. Разработаны и проведен анализ схем поиска рациональных деформационно-силовых характеристик крепежной системы подготовительной выработки с учетом влияния на этот процесс основных геомеханических факторов. Научная новизна. Установлены закономерности влияния геомеханических факторов на выбор рациональных режимов работы грузонесущих элементов крепежной системы и крепи в целом на базе исследования напряженно-деформированного состояния системы «массив – крепь». Обоснованы оптимизационные принципы взаимодействия на базе анализа двухпараметрической схемы взаимодействия. Практическая значимость. Обоснована широкая перспектива упрочнения слабых пород кровли повторно используемых подготовительных выработок комбинированными анкерными системами, которая позволяет реализовать ресурсосберегающие условия поддержания. Расчеты выполнены с учетом оптимизационных критериев взаимодействия массива с крепью.