Research into stress-strain state of the rock mass condition in the process of the operation of double-unit longwalls

Abstract

Purpose. To substantiate changes in stress-strain state of rock mass in the process of long-pillar mining with the help of double-unit longwalls while evaluating stress of a mine field in terms of Lvivvuhillia SE mine. Methods. Analysis of the plans of mine workings has become a basis for the evaluation of physical and geometrical parameters of a support pressure area of the double-unit stopes depending upon mining and geological as well as engineering conditions for n7b coal seam extraction. 3D model of the rock mass has been rendered using SolidWorks 2019 software. The geomechanical model of the rock mass is based upon the specified output data concerning actual operating schedule of 1018 and 1019 double-unit longwalls (numbers of the longwalls are changed as it has been required by the authorities of Lvivvuhillia SE) in terms of n7b seam and support patterns of the development mine workings in Lvivvuhillia SE mine. Each component of the support was modeled as a separate part with the relevant geotech data. Behaviour of the expansion of the rock mass stress-strain state within the selected point has been analyzed by means of sections at the specified plane. Findings. Rendering algorithm of 3D model of rock mass in terms of long-pillar mining of a coal seam using double-unit longwalls has been developed. A geomechanical model of the rock mass has been substantiated depending upon the mining and geological mode of occurrence and engineering parameters of coal mining process. Originality. Nature of the support pressure area formation in front of a stope as well as along the extraction pillar length has been analyzed. It has been identified that if stopes are within one and the same plane, interconnection of their frontal support pressure areas as well as walls of the development workings take place. In this context, adjoining entry acts as the extra destressing technogenic cavity in addition to its proper functions. Practical implications. Output data to make recommendations concerning the efficient mining parameters and methods for rock pressure control have been identified relying upon the analysis of stress-strain state of rock mass in the process of the operation of double-unit longwalls. Visualization of the principles of formation of the stress-strain state of support pressure area and evaluation of the rock mass condition have shown that the maximum reduced stresses reach 70 MPa in terms of 18 m width of the support pressure area.

Мета. Обґрунтування характеру зміни напружено-деформованого стану гірського масиву при стовповій системі розробці вугільного пласта здвоєними лавами шляхом оцінки напруженості ділянки шахтного поля на прикладі роботи шахти ДП “Львіввугілля”. Методика. На основі аналізу планів гірничих виробок проводиться оцінка фізичних та геометричних параметрів зони опорного тиску здвоєних очисних вибоїв залежно від гірничо-геологічних та гірничо-технічних умов відпрацювання вугільного пласта n7н. Рендеринг 3D моделі гірського масиву здійснювався за допомогою програмного продукту “SolidWorks 2019”. В основу побудови геомеханічної моделі гірського масиву прийняті вихідні дані щодо реальних умов при роботі здвоєних лав №1018 та 1019 (назви лав змінено на вимогу керівництва ДП “Львіввугілля”) по пласту n7н та паспортів кріплення підготовчих виробок шахти ДП “Львіввугілля”. Кожен елемент кріплення моделювався як окрема деталь, з відповідними фізико-механічними властивостями. Характер розповсюдження напружено-деформованого стану гірського масиву у вибраній точці досліджувався шляхом створення розрізів у заданій площині. Результати. Розроблений алгоритм рендерингу 3D моделі гірського масиву при стовповій системі розробки вугільного пласта здвоєними лавами. Обґрунтовано геомеханічну модель гірського масиву залежно від гірничо-геологічних умов залягання та гірничотехнічних параметрів ведення процесу видобування вугілля. Наукова новизна. Досліджено характер формування зон опорного тиску попереду очисного вибою та вздовж виймального стовпа. Встановлено, що при знаходженні очисних вибоїв в одній площині відбувається об’єднання їх фронтальних зон опорного тиску та боків підготовчих виробок. При цьому суміжний штрек окрім виконання своїх технологічних функцій виконує роль додаткової розвантажувальної техногенної порожнини. Практична значимість. На основі досліджень напружено-деформованого стану гірського масиву при роботі здвоєних лав встановлено вихідні дані для розробки рекомендацій щодо раціональних параметрів ведення гірничих робіт та способів управління гірським тиском. Візуальне відображення принципів формування напружено-деформованого стану зони опорного тиску та оцінки стану масиву показало, що максимальні приведені напруження досягають 70 МПа при ширині зони опорного тиску 18 м.

Цель. Обоснование характера изменения напряженно-деформированного состояния горного массива при столбовой системе разработке угольного пласта сдвоенными лавами путем оценки напряженности участка шахтного поля на примере работы шахты ГП “Львовуголь”. Методика. На основе анализа планов горных выработок проводится оценка физических и геометрических параметров зоны опорного давления сдвоенных очистных забоев в зависимости от горно-геологических и горно-технических условий отработки угольного пласта n7н. Рендеринг 3D модели горного массива осуществлялся с помощью программного продукта “SolidWorks 2019”. В основу построения геомеханической модели горного массива приняты исходные данные о реальных условиях при работе сдвоенных лав №1018 и 1019 (названия лав изменены по требованию руководства ГП “Львовуголь”) по пласту n7н и паспортов крепления подготовительных выработок шахты ГП “Львовуголь”. Каждый элемент крепления моделировался как отдельная деталь, с соответствующими физико-механическими свойствами. Характер распространения напряженно-деформированного состояния горного массива в выбранной точке исследовался путем создания разрезов в заданной плоскости. Результаты. Разработанный алгоритм рендеринга 3D модели горного массива при столбовой системе разработки угольного пласта сдвоенными лавами. Обоснована геомеханическая модель горного массива в зависимости от горно-геологических условий залегания и горнотехнических параметров ведения процесса добычи угля. Научная новизна. Исследован характер формирования зон опорного давления впереди очистного забоя и вдоль выемочного столба. Установлено, что при нахождении очистных забоев в одной плоскости происходит объединение их фронтальных зон опорного давления и сторон подготовительных выработок. При этом смежный штрек кроме выполнения своих технологических функций выполняет роль дополнительной разгрузочной техногенной полости. Практическая значимость. На основе исследований напряженно-деформированного состояния горного массива при работе сдвоенных лав установлены исходные данные для разработки рекомендаций относительно рациональных параметров ведения горных работ и способов управления горным давлением. Визуальное отображение принципов формирования напряженно-деформированного состояния зоны опорного давления и оценки состояния массива показало, что максимальные приведенные напряжения достигают 70 МПа при ширине зоны опорного давления 18 м.