Геомеханічна оцінка впливу закладного масиву на стійкість виїмкового штреку при розробці тонких вугільних пластів

Abstract

Мета. Дослідження впливу формування закладного породного масиву у виробленому просторі лави на геомеханічну ситуацію масиву гірських порід навколо виїмкового штреку. Методика. Для досягнення мети використано чисельне моделювання методом скінченних елементів за допомогою програмного комплексу SolidWorks. Досліджувалась геомеханічна ситуація навколо виїмкового штреку, що повторно використовується, при традиційній технології видобутку з повним обваленням порід покрівлі й охоронною конструкцією та технологія з формуванням закладного масиву у виробленому просторі лави. Геомеханічна оцінка надавалась на основі вивчення вертикальної компоненти напружень. Результати. Обґрунтовано геомеханічні моделі для вивчення напруженого стану масиву навколо виїмкових штреків при порівнювальних варіантах відпрацювання вугільного пласта. Встановлено, що формування закладного масиву в порівняння з варіантом «повне обвалення + охоронна конструкція» суттєво зменшує величину розтягуючих напружень у покрівлі штреку, розтягуючих напружень у підошві штреку та величину напружень у покрівлі й підошві над охоронною конструкцією. Встановлено, що при формуванні закладного масиву значно збільшується до рівня непорушеного масиву розмір зони розвантаження в породах покрівлі та підошві штреку і розмір зони стискаючих напружень в породах над та під охоронною конструкцією. Наукова новизна. Виявлено особливості характеру розподілу напружень в масиві гірських порід при формуванні закладного масиву з шахтних порід у виробленому просторі лави, що свідчить про більш сприятливі умови підтримання виїмкових штреків позаду очисного вибою, ніж варіант з повним обваленням порід та спорудженням охоронної конструкції. Практична значимість. Формування породної закладної смуги у виробленому просторі очисних вибоїв дозволяє зменшити інтенсивність гірського тиску та зберегти виїмкову виробку у задовільному стані для повторного її використання.

Purpose. The investigation of the influence formation rock backfilling massif into longwall gob area on the geomechanical situation of the rock massif around the gate road. Methods. Numerical modeling using the finite element method by applying the SolidWorks software was used to achieve the goal. The geomechanical situation around the gate road which is reused, was studied under traditional mining technology with full roof collapse behind the longwall face with protective construction and mining technology with gob backfilling. The geomechanical assessment was provided based on the study of the vertical stress component. Findings. The geomechanical models for the study of the stress state of the massif around the gate roads in the case of comparative variants of working out the coal seam are substantiated. The formation of the backfilling massif in comparison with the variants “full collapse + protective construction” significantly reduces the amount of tensile stresses in the roof of the gate road, tensile stresses in the floor of gate road, and the amount of stresses in the roof and floor above the protective construction was established. During the formation of the backfilling massif, the size of the unloading zone in the rocks of the roof and floor of the gate road and the size of the zone of compressive stresses in the rocks above and below the protective construction significantly increases to the level of the undisturbed massif was obtained. Originality. The features of the nature of the distribution stresses in the rock massif under the formation of the rock backfilling are revealed, which indicates more favorable conditions for maintaining gate road behind the stope than the variant with full caving and the protective construction. Paratactical implication. The formation of rock backfilling massif in the mined-out area makes it possible to reduce the intensity of rock pressure and keep the gate roads in a satisfactory condition for its reuse.