Increasing stability of underground mine workings by forming new geotechnical properties of adjoining layers via roller compaction

Abstract

Purpose. To create a model reproducing the process of forming geotechnical properties of the rock massif adjoining circuit of underground excavation by roller compaction method incorporating hardening and creating the zone of slow plastic deformation. Methods. Modelling the main technological parameters of manufacturing process as for adjoining circuit of the tunnel: distribution of normal pressures and heights of the core seal depending on the main strength and deformation properties of rock massif, geometry and characteristics of the contact area of roller working body with the working medium. Findings. The choice of the computational model simulating the formation of adjoining mountain contour properties by roller method has been justified taking into account the processes caused by soil deformation: appearance of elastic and plastic deformation, change of soil characteristics, formation of compaction core. The main stages and parameters interrelations in modelling the processing of the tunnel adjoining zone are shown. Originality. Scientific novelty is referred to the development of a method to analyze contact interaction of the roller working body of a molding machine with the massif, considering changes in the process of the treated medium physical and mechanical properties stabilization, with the aim to predict the required stress and depth of the formed layer. Practical implications. The research allowed to infer theoretical fundamentals for the formation of geotechnical properties inherent to the adjoining contour of underground excavation by roller method, taking into account peculiarities of soil deformation and contact interaction of the working body with the environment which allows to improve the tunnel construction technology by strengthening the carrying capacity of the marginal massif. The obtained results are instrumental in determining parameters of the elastic and plastic deformations zone with the view to establishing its height and stresses.

Мета. Створення моделі процесу формування геомеханічних властивостей прилеглого контуру гірського масиву підземної виробки методом роликового пресування з урахуванням зміцнення і створення зони уповільнененої пластичної деформації. Методика. Змодельовані основні технологічні параметри процесу обробки прилеглого контуру тунелю: розподіл нормальних тисків і висоти ядра ущільнення у залежності від основних характеристик міцності та деформаційних властивостей гірського масиву, геометрії й особливостей зони контакту роликового робочого органу з оброблюваним середовищем. Результати. Обґрунтовано вибір розрахункової моделі процесу формування властивостей прилеглого контуру гірського масиву роликовим методом з урахуванням виникаючих процесів при деформації ґрунтів: виникнення пружної та пластичної деформацій, зміна характеристик ґрунту, виникнення ядра ущільнення. Показані основні етапи та взаємозв’язки параметрів при моделюванні процесу обробки прилеглої зони тунелю. Наукова новизна. Наукова новизна полягає у розробці методу аналізу контактної взаємодії роликового робочого органу формуючого агрегату з масивом із урахуванням зміни в процесі стабілізації фізико-механічних властивостей оброблюваного середовища, метою якого є прогнозування необхідних напружень і глибини сформованого шару. Практична значимість. Створено теоретичні основи формування геотехнічних властивостей прилягаючого контуру підземної виробки роликовим методом з урахуванням особливостей деформації ґрунтів та контактної взаємодії робочого органу з оброблюваним середовищем, які дозволяють удосконалити технологію будівництва тунелів шляхом посилення несучої здатності приконтурного масиву. Отримані результати дозволяють визначити параметри зони пружних і пластичних деформацій з метою встановлення її висоти і виникаючої напруги.

Цель. Создать модель процесса формирования геотехнических свойств прилегающего контура горного массива подземной выработки методом роликового прессования с учетом упрочнения и создания зоны замедленной пластической деформации. Методика. Смоделированы основные технологические параметры процесса обработки прилегающего контура тоннеля: распределение нормальных давлений и высоты ядра уплотнения в зависимости от основных прочностных и деформационных свойств горного массива, геометрии и особенностей зоны контакта роликового рабочего органа с обрабатываемой средой. Результаты. Обоснован выбор расчетной модели процесса формирования свойств прилегающего контура горных массива роликовым методом с учетом возникающих процессов при деформации грунтов: возникновения упругой и пластической деформации, изменение характеристик почвы, возникновение ядра уплотнения. Показаны основные этапы и взаимосвязи параметров при моделировании процесса обработки прилегающей зоны тоннеля. Научная новизна. Научная новизна заключается в разработке метода анализа контактного взаимодействия роликового рабочего органа формующего агрегата с массивом с учетом изменения в процессе стабилизации физико-механических свойств обрабатываемой среды, целью которого является прогнозирование необходимых напряжений и глубины сформированного слоя. Практическая значимость. Созданы теоретические основы формирования геотехнических свойств прилегающего контура подземной выработки роликовым методом с учетом особенностей деформации грунтов и контактного взаимодействия рабочего органа с обрабатываемой средой, которые позволяют усовершенствовать технологию строительства тоннелей путем усиления несущей способности приконтурного массива. Полученные результаты позволяют определить параметры зоны упругих и пластических деформаций с целью установления ее высоты и возникающих напряжений.