Stability of the overworked slightly metamorphosed massif around mine working

Abstract

Purpose. The study of mechanisms of the overworked slightly metamorphosed massif stability around mine working using the example of laminal rocks in the Western Donbas (Ukraine). Methods. The analysis of the overworking influence when planning mining operations on the underlying horizons has been made based on the studies of the stress-strain state on the overlying horizons. Attention was paid to the conditions of a slightly metamorphosed coal-bearing rock massif, which has specific mechanical properties and structural peculiarities. A computational experiment by the finite element method has been performed. The model adequacy and the calculation accuracy of the stress-strain state have been proved. The research results have been confirmed by a mine experiment. Findings. The geomechanical model of the computational experiment has been substantiated, in which the real massif structure, factors of stratification, fracturing, and moisture saturation, which weaken the strength and deformation properties of the rocks, are reflected. The zones of uncontrolled collapse, hinged-block displacement, and smooth deflection of layers without discontinuity have been studied. Originality. The patterns of the overworking influence on the state of mine workings in the laminal massif of soft rocks have been determined. Therewith, three areas of lithotypes discontinuity throughout a height of a parting have been identified and the stresses components parameters, as well as their compliance with real mining and geological conditions have been analysed. Practical implications. It has been proved the absence of the overworking influence on the underlying mine workings state in a slightly metamorphosed massif. A comparative analysis with the mine experiment results has been made. The possibility of mining the protecting pillar reserves is shown, which will allow to extract additional coal without attracting significant material resources.

Мета. Дослідити механізми стійкості надроблюваного слабометаморфізованого масиву навколо гірничої виробки на прикладі шаруватих порід Західного Донбасу (Україна). Методика. Аналіз впливу надробки при плануванні гірничих робіт на нижніх горизонтах виконано з урахуванням досліджень напружено-деформованого стану на верхніх горизонтах. Приділено увагу умовам слабометаморфізованого вуглепородного масиву, який має специфічні механічні властивості та особливості будови. Проведено обчислювальний експеримент методом скінченних елементів. Доведено адекватність моделі і достовірність розрахунку напружено-деформованого стану. Результати досліджень підтверджено шахтним експериментом. Результати. Обґрунтовано геомеханічну модель обчислювального експерименту, в якому відображено реальну текстуру масиву, фактори шаруватості, тріщинуватості і вологонасичення, які послаблюють міцнісні й деформаційні властивості порід. Досліджено зони безладного обвалення, шарнірно-блокового зсуву, плавного прогину шарів без порушення суцільності. Наукова новизна. Встановлено закономірності впливу надробки на стан виробок у шаруватому масиві слабких порід. При цьому виявлено три зони порушення цілісності літотипів по висоті міжпластя і проаналізовано параметри компонент напружень і їх відповідність реальним гірничо-геологічним умовам. Практична значимість. Доведено відсутність впливу надробки на стан нижніх виробок у слабометаморфізованому масиві. Проведено порівняльний аналіз із результатами шахтного експерименту. Показано можливість відпрацювання запасів охоронного цілика, що дозволить видобути додаткове вугілля без залучення суттєвих матеріальних засобів.

Цель. Исследовать механизмы устойчивости надрабатываемого слабометаморфизированного массива вокруг горной выработки на примере слоистых пород Западного Донбасса (Украина). Методика. Анализ влияния надработки при планировании горных работ на нижележащих горизонтах выполнен с учетом исследований напряженно-деформированного состояния на вышележащих горизонтах. Уделено внимание условиям слабометаморфизированного углепородного массива, который имеет специфические механические свойства и особенности строения. Проведен вычислительный эксперимент методом конечных элементов. Доказаны адекватность модели и достоверность расчета напряженно-деформированного состояния. Результаты исследований подтверждены шахтным экспериментом. Результаты. Обоснована геомеханическая модель вычислительного эксперимента, в которой отражена реальная текстура массива, ослабляющие прочностные и деформационные свойства пород факторы слоистости, трещиноватости и влагонасыщения. Исследованы зоны беспорядочного обрушения, шарнирно-блокового сдвижения, плавного прогиба слоев без нарушения сплошности. Научная новизна. Установлены закономерности влияния надработки на состояние выработок в слоистом массиве слабых пород. При этом выявлены три области нарушения целостности литотипов по высоте междупластья и проанализированы параметры компонент напряжений и их соответствие реальным горно-геологическим условиям. Практическая значимость. Доказано отсутствие влияния надработки на состояния нижележащих выработок в слабометаморфизированном массиве. Проведен сравнительный анализ с результатами шахтного эксперимента. Показана возможность отработки запасов охранного целика, что позволит добыть дополнительный уголь без привлечения существенных материальных средств.