Development and testing of an algorithm for calculating the load on support of mine workings

Abstract

Purpose. The purpose is to develop the calculation methods for minimizing the load on the fastening system of the preparatory mine working in difficult mining and geological conditions of its maintenance. Methods. By analysing the multivariate computational experiments on the study of the stress-strain state of the load-bearing elements of the “massif – support” system in the preparatory mine workings by means of the finite-element method, as well as mine observations and measurements of displacement in the coal-overlaying rock formation. Findings. An algorithm has been developed for searching the rational modes of the fastening system resistance and methods for minimizing the load on the support of the preparatory mine working, maintained in very complex mining and geological conditions. Originality. The methodical principles have been developed of minimizing the load on the fastening system of the preparatory mine working, which are based on the use of a combination of stress-strain state studies of the “massif – support” system by means of the finite element method and provisions of normative documents for calculating the dimensions of the dome of natural equilibrium of the mine working roof rocks. Practical implications. The operation modes optimisation of the load-bearing elements interaction of the mine working fastening system reduces the material and labour costs during its construction and increases its stability during operation.

Мета. Розробити методику розрахунку мінімізації навантаження на кріпильну систему підготовчої виробки у складних гірничо-геологічних умовах її підтримки. Методика. Аналіз різноманітних обчислювальних експериментів з дослідження напружено-деформованого стану вантажонесучих елементів системи “масив – кріплення” підготовчих виробок методом скінченних елементів, а також шахтних спостережень і вимірювань зрушення надвугільної товщі порід. Результати. Розроблено алгоритм пошуку раціональних режимів опору кріплення системи і методику мінімізації навантаження на кріплення підготовчої виробки, яка підтримується у досить складних гірничо-геологічних умовах. Наукова новизна. Розроблено методичні засади мінімізації навантаження на кріпильну систему підготовчої виробки, що побудовані на використанні комбінації досліджень напружено-деформованого стану системи “масив – кріплення” за допомогою методу скінченних елементів і положень нормативних документів з розрахунку розмірів склепіння природної рівноваги порід покрівлі виробки. Практична значимість. Оптимізація робочих режимів взаємодії вантажонесучих елементів кріплення системи виробки знижує матеріальні й трудові витрати при її спорудженні та підвищує стійкість при експлуатації.

Цель. Разработать методику расчета минимизации нагрузки на крепежную систему подготовительной выработки в сложных горно-геологических условиях ее поддержания. Методика. Анализ многовариантных вычислительных экспериментов по исследованию напряженно-деформированного состояния грузонесущих элементов системы “массив – крепь” подготовительных выработок методом конечных элементов, а также шахтных наблюдений и измерений сдвижения надугольной толщи пород. Результаты. Разработан алгоритм поиска рациональных режимов сопротивления крепежной системы и методика минимизации нагрузки на крепь подготовительной выработки, поддерживаемой в весьма сложных горно-геологических условиях. Научная новизна. Разработаны методические принципы минимизации нагрузки на крепежную систему подготовительной вы-работки, построенные на использовании комбинации исследований напряженно-деформированного состояния системы “массив – крепь” с помощью метода конечных элементов и положений нормативных документов по расчету размеров свода естественного равновесия пород кровли выработки. Практическая значимость. Оптимизация рабочих режимов взаимодействия грузонесущих элементов крепежной системы вы-работки снижает материальные и трудовые затраты при ее сооружении и повышает устойчивость при эксплуатации.