ФТПРПИ №2, 2024. Аннотации
ГЕОМЕХАНИКА
УДК 550 + 551 + 622
ОБ АКТУАЛЬНОЙ ПРОБЛЕМЕ РАЗРАБОТКИ НАУЧНЫХ ОСНОВ И ОБЩЕЙ ТЕОРИИ БЕЗОПАСНОГО ОСВОЕНИЯ ГЛУБОКИХ ГОРИЗОНТОВ ЗЕМЛИ С МЕСТОРОЖДЕНИЯМИ УГЛЕВОДОРОДНОГО РЯДА (ОБЗОР)
В. Н. Опарин
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
E-mail: coalmetan@mail.ru, ул. Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Рассматриваются вопросы обоснования и постановки проблемы безопасного недропользования Земли в усложняющихся горно-геологических и природно-климатических условиях, роста глубины и масштабов разрабатываемых месторождений. Показано, что в современных условиях развития фундаментальных и прикладных исследований созданы предпосылки для успешного ее решения. В России они связаны с установлением энергетической основы для главных механизмов формирования и особенностей развития очаговых зон повышенной концентрации напряжений и деструкции массивов горных пород и геоматериалов, обладающих блочно-иерархической структурой, многофазностью и проявляющих свойства открытых самоорганизующихся геосистем в тектоническом поле напряжений и деформаций. С использованием современных достижений нелинейной геомеханики и геофизики, облачных Big Data информационных технологий развивается новый методологический подход, а также технические средства, программные комплексы для формирования многослойной геоинформационно-мониторинговой системы диагностики, контроля и прогнозирования промышленной и экологической безопасности горнодобывающих регионов России. Особое внимание уделено научно-геотехнологическому потенциалу, связанному с масштабным фактором явления зональной дезинтеграции многофазных массивов горных пород блочно-иерархической структуры, а также его ключевой роли в описании квазистатических процессов самоорганизации массивов при образовании подземных полостей различного целевого назначения.
Экспериментально-теоретические исследования, физика и геомеханика формирования очаговых зон разрушения горных пород, пожаро- и выбросоопасность, геомеханико-геофизические энергоэмиссионные события, комплексная геоинформационно-мониторинговая система, инструментальные измерения, дистанционное зондирование Земли, диагностика, прогнозирование, профилактика, безопасность, напряженно-деформированное состояние, месторождения углеводородного ряда
DOI: 10.15372/FTPRPI20240201
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Курленя М. В., Опарин В. Н., Тапсиев А. П., Аршавский В. В. Геомеханические процессы взаимодействия породных и закладочных массивов при отработке пластовых рудных залежей. — Новосибирск: Наука, 1997. — 175 с.
2. Курленя М. В., Опарин В. Н. Скважинные геофизические методы диагностики и контроля напряженно-деформированного состояния массивов горных пород. — Новосибирск: Наука, 1999. — 335 с.
3. Мировой опыт автоматизации горных работ на подземных рудниках / В. Н. Опарин и др. — Новосибирск: СО РАН, 2007. — 99 с.
4. Методы и измерительные приборы для моделирования и натурных исследований нелинейных деформационно-волновых процессов в блочных массивах горных пород / В. Н. Опарин и др. — Новосибирск: СО РАН, 2007. — 320 с.
5. Зональная дезинтеграция горных пород и устойчивость подземных выработок / В. Н. Опарин и др.; под ред. М. А. Гузева. — Новосибирск: СО РАН, 2008. — 278 с.
6. Современная геодинамика массива горных пород верхней части литосферы: истоки, параметры, воздействие на объекты недропользования / В. Н. Опарин и др. — Новосибирск: СО РАН, 2008. — 449 с.
7. Современное состояние, проблемы и стратегия развития горного производства на рудниках Норильска / В. Н. Опарин и др. — Новосибирск: СО РАН, 2008. — 372 с.
8. Методы и системы сейсмодеформационного мониторинга техногенных землетрясений и горных ударов. В 2-х томах / В. Н. Опарин и др. — Новосибирск: СО РАН, 2009. — Т. 1. — 304 с.; 2010. — Т. 2. — 261 с.
9. Геомеханические и технические основы увеличения нефтеотдачи пластов в виброволновых технологиях / В. Н. Опарин и др. — Новосибирск: СО РАН, 2010. — 404 с.
10. Опарин В. Н., Танайно А. С. Каноническая шкала иерархических представлений в горном породоведении. — Новосибирск: Наука, 2011. — 264 с.
11. Деструкция земной коры и процессы самоорганизации в областях сильного техногенного воздействия / В. Н. Опарин и др. — Новосибирск: СО РАН, 2012. — 632 с.
12. Опарин В. Н., Адушкин В. В., Барях А. А., Потапов В. П., Киряева Т. А. и др. Геомеханические поля и процессы: экспериментально-аналитические исследования формирования и развития очаговых зон катастрофических событий в горнотехнических и природных системах / под ред. Н. Н. Мельникова. — Новосибирск: СО РАН, 2018. — Т. 1. — 549 с.; 2019. — Т. 2. — 546 с.
13. Опарин В. Н., Киряева Т. А., Потапов В. П., Юшкин В. Ф. Новые методы и информационные технологии в экспериментальной геомеханике. — Новосибирск: СО РАН, 2021. — 292 с.
14. Челидзе Т. Л. Об аномально высокой тензочувствительности электропроводности неоднородных сред // ЖЭТФ. — 1984. — Т. 87. — Вып. 218.
15. Опарин В. Н., Адушкин В. В., Востриков В. И., Усольцева О. М., Мулев С. Н., Юшкин В. Ф., Киряева Т. А., Потапов В. П. Развитие экспериментально-теоретических основ нелинейной геотомографии // ГИАБ. Ч. I: Формулировка и обоснование задачи исследований. — 2019. — № 1. — С. 5 – 25; Ч. II: Динамико-кинематические характеристики волн маятникового типа в напряженных геосредах и сейсмоэмиссионные процессы. — 2019. — № 11. — С. 5 – 26; Ч. III: Перспективные системы контроля деформационно-волновых процессов в подземных и наземных условиях ведения горных работ. — 2019. — № 12. — С. 5 – 29.
16. Oparin V. N. Pendulum waves and basics of “geomechanical thermodynamics”, Geohazard Mechanics, 2022, No. 1. — Р. 38 – 52.
17. Oparin V. N., Karpov V. N., Timonin V. V., and Konurin A.I. Evaluation of the energy efficiency of rotary percussive drilling using dimensionless energy index, J. Rock Mech. and Geotech. Eng., 2022, No. 14. — P. 1486 – 1500.
18. Oparin V. N. Theoretical fundamentals to describe interaction of geomechanical and physicochemical processes in coal seams, J. Min. Sci., 2017, Vol. 53, No. 2. — P. 201 – 215.
19. Опарин В. Н., Симонов В. Ф. О нелинейных деформационно-волновых процессах в виброволновых технологиях освоения нефтегазовых месторождений // ФTПРПИ. — 2010. — № 2. — C. 3 - 25.
20. Adushkin V. V. and Oparin V. N. From the alternating-sign explosion response of rocks to the pendulum waves in stressed media, J. Min. Sci., P. I: 2012, Vol. 48, No. 2. — P. 203 – 222; P. II: 2013, Vol. 49, No. 2. — P. 175 – 209; P. III: 2014, Vol. 50, No. 4. — P. 623 – 645; P. IV: 2016, Vol. 52, No. 1. — P. 1 – 35.
21. Wang K. X., Aleksandrova N. I., Pan Y. S., Oparin V. N., Dou L. M., and Chanyshev A. I. Effect of block medium parameters on energy dissipation, J. Applied Mech. Tech. Physics, 2019, Vol. 60, No 5. — P. 926 – 934.
22. Wang Kaixing, Pan Yishan, Oparin V. N., and Dou Linming. Energy transfer in block-rock mass during propagation of pendulum-type waves, Chinese J. Geotech. Eng., 2016, Vol. 38, No. 12. — P. 2309 – 2314.
23. Biot M. A. Theory of propagation of elastic waves in a fluid-saturated porous solid. II. Higher frequency range, J. Acoustical Soc. Am., 1956, Vol. 28, No. 2. — Р. 179 – 191.
24. Oparin V. N. and Kiryaeva T. A. Operator of connection between the Langmuir equation and Oparin’s kinematic equation for pendulum-type waves. Part I. In: Solovev D. B., Savaley V. V., Bekker A. T., Petukhov V.I. (eds), Proc. Int. Sci. and Technology Conf. “Far East Сon 2021”. Smart Innovation, Systems and Technologies, 2022, Vol. 275. Springer, Singapore.
25. Садовский М. А. Естественная кусковатость горной породы // ДАН. — 1979. — Т. 247. — № 4. — С. 829 – 831.
26. Садовский М. А. О свойстве дискретности горных пород // Физика Земли. — 1982. — № 12. — С. 3 – 18.
27. Шемякин Е. И., Фисенко Г. Л., Курленя М. В., Опарин В. Н. и др. Эффект зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок // ДАН. — 1986. — Т. 289. — № 5. — С. 1088 – 1094.
28. Бобряков А. П. Сети трещин в геоматериалах и их физические моделирования // ФТПРПИ. — 2004. — № 5. — С. 26 – 37.
29. Qian Qihu and Zhou Xiaoping. Non-euclidean continuum model of the zonal disintegration of surrouding rocks around deep circular tunnel in a non-hidrostatic pressure state, J. Min. Sci., 2011, Vol. 47, No. 1. — P. 37 – 46.
30. Гузев М. А., Макаров В. В. Деформирование и разрушение сильно сжатых горных пород вокруг выработок / Под ред. В. Н. Опарина. — Владивосток: Дальнаука, 2007. — 232 с.
31. Han Y., Wang J., Dong Y., Hou Q., and Pan J. The role of structure defects in the deformation of anthracite and their influence on the macromolecular structure, Fuel, 2017, Vol. 206. — P. 1 – 9.
32. Pan Yishan, Tang Xin, and Li Yingjie. Study on zonal disintegration, J. Rock Mech. and Eng., 2007, Vol. 26, No. 1. — P. 3335 – 3341.
33. Мясников В. П. Избранные труды: в 3 т. Общие проблемы механики сплошной среды. Т. I. — Владивосток: Дальнаука, 2006.
34. Mikhail Guzev. Non-euclidean models of elastoplastic materials with structure defects, LAP Lambert Academic Pullishing, 2010.
УДК 539.3
ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ НАГРУЖЕНИЯ И ОТНОСИТЕЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ПРОЧНОСТИ УГОЛЬНО-ПОРОДНОГО ОБРАЗЦА НА ЕГО МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Цай Жунхуань, Пань Ишань, Сяо Юнхуэй, Лю Фэйюй
Северо-восточный университет,
E-mail: panyish_cn@sina.com, 110819, г. Шэньян, Китай
Институт аварийной геомеханики, Ляонинский университет,
110036, г. Шэньян, Китай
Ляонинский университет,
110036, г. Шэньян, Китай
Выполнено одноосное сжатие комбинированных угольно-породных образцов с тремя различными значениями относительного коэффициента прочности при четырех значениях скорости нагружения с целью определения влияния указанных параметров на механические свойства образцов. Относительный коэффициент прочности λ представляет собой отношение прочности на сжатие породы к соответствующей прочности угля. Показано, что при изменении скорости нагружения на механические свойства оказывает влияние как более прочный, так и менее прочный компоненты образца. Пиковое напряжение и модуль упругости в основном определяются менее прочным компонентом, а пиковая деформация — обоими компонентами. Соотношение между пиковой деформацией и скоростью нагружения зависит от прочности менее прочной составляющей. На соотношение между механическими свойствами и относительным коэффициентом прочности λ скорость нагружения не влияет. Менее прочный компонент в комбинированном образце угля и породы является основным разрушающимся элементом, и чем больше значение λ, тем более выражено разрушение этого компонента. При увеличении λ характер разрушения изменяется от разрушения обоих компонентов к разрушению только менее прочного.
Комбинированный угольно-породный образец, относительный коэффициент прочности, механические свойства, характеристики разрушения
DOI: 10.15372/FTPRPI20240202
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Pan Y. Disturbance response instability theory of rock burst in coal mine, J. China Coal Soc., 2018, Vol. 43, No. 8. — P. 2091 – 2098.
2. Pan Y. and Dai L. Theoretical formula of rock burst in coal mines, J. China Coal Soc., 2021, Vol. 46, No. 3. — P. 789 – 799.
3. Qi Q., Pan P., Li H., Jiang D., Shu L., Zhao S., Zhang Y., Pan J., Li, H., and Pan P. Theoretical basis and key technology of prevention and control of coal-rock dynamic disasters in deep coal mining, J. China Coal Soc., 2020, Vol. 45, No. 5. — P. 1567 – 1584.
4. Dou L., Tian X., Cao A., Gong S., He Hu., He J., Cai W., and Li X. Present situation and problems of coal mine rock burst prevention and control in China, J. China Coal Soc., 2022, Vol. 47, No. 1. — P. 152 – 171.
5. Jang Y., Pan Y., Jiang F., Dou L., and Ju Y., State of the art review on mechanism and prevention of coal bumps in China, J. China Coal Soc., 2014, Vol. 39, No. 2. — P. 205 – 213.
6. Zhang Y., Zhao Y., Ding X., and Han G. Exploration on characteristics of rock bust in deep mining area of Ordos and its prevention, Coal Sci. Technol. Mag., 2022, Vol. 47, No. 1. — P. 152–171.
7. Chen S., Li F., Yin D., and Zhang J. Experimental study on deformation failure characteristics of limestone?coal composite with different rock-coal height ratios, J. Cent. South Univ. (Sci. Technol.), 2023, Vol. 54, No. 6. — P. 2459 – 2472.
8. Li H., Song L., Zhou H., Jiang D., and Wang H. Evaluation method and application of coal burst performance under the effect of loading rate, J. China Coal Soc., 2015, Vol. 40, No. 12. — P. 2763 – 2771.
9. Gong F., Ye H., and Luo Y. Rate effect on the burst tendency of coal-rock combined body under low loading rate range, J. China Coal Soc., 2017, Vol. 42, No. 11. — P. 2852 – 2860.
10. Chen T., Yao Q., Wei F., Chong Z., Zhou J., Wang C., and Li J. Effects of water intrusion and loading rate on mechanical properties of and crack propagation in coal–rock combinations, J. Cent. South Univ., 2017, Vol. 24, No. 2. — P. 423 – 431.
11. Yin D., Chen S., Xing W., Huang D., and Liu X. Experimental study on mechanical behavior of roof-coal pillar structure body under different loading rates, J. China Coal Soc., 2018, Vol. 43, No. 5. — P. 1249 – 1257.
12. Wang N., Xu Y., Zhu D., Wang N., and Yu B. Acoustic Emission and Failure Modes for Coal-Rock Structure under Different Loading Rates, Advances in Civil Eng. Adv. Civ. Eng., 2018, No. 8. — P. 1 – 11.
13. Chen G., Teng P., Zhang G., Yang L., Li T., and Lyu P. Fractal characteristics and energy transfer mechanism of coal-rock combined body fragments under different loading rates, J. Chongqing Univ., 2022, Vol. 45, No. 8. — P. 115 – 129.
14. Ma Q., Tan Y., Liu X., Zhao Z., Fan D., and Purev L. Experimental and numerical simulation of loading rate effects on failure and strain energy characteristics of coal-rock composite samples, J. Cent. South Univ., 2021, Vol. 28, No. 10. — P. 3207 – 3222.
15. Liu J., Wang E., Song D., Wang S., and Niu Y. Effect of rock strength on failure mode and mechanical behavior of composite samples, Arab J Geosci., 2014, Vol. 8, No. 7. — P. 4527 – 4539.
16. Liu J., Wang E., Song D., Yang S., and Niu Y. Effects of rock strength on mechanical behavior and acoustic emission characteristics of samples composed of coal and rock, J. China Coal Soc., 2014, Vol. 39, No. 4. — P. 685 – 691.
17. Yang L., Gao F., and Wang X. Mechanical response and energy partition evolution of coal-rock combinations with different strength ratios, Chin. J. Rock Mech. Eng., 2020, Vol. 39, No. S2. — P. 3297 – 3305.
18. He Y., Zhao P., Li S., Ho C., Zhu S., Kang X., and Barbieri D. Mechanical Properties and Energy Dissipation Characteristics of Coal–Rock-Like Composite Materials Subjected to Different Rock–Coal Strength Ratios, Nat. Resour. Res., 2021, Vol. 30, No. 3. — P. 2179 – 2193.
19. Xiao X., Fan Y., Wu D., Ding X., Wang L., and Zhao B. Energy dissipation feature and rock burst risk assessment in coal-rock combinations, Rock Soil Mech., 2019, Vol. 40, No. 11. — P. 4203 – 4219.
20. Chen Y., Zuo J., Wei X., Song H., and Sun Y. Energy Nonlinear Evolution Characteristics of the Failure Behavior of Coal-rock Combined Body, Chin J. Undergr Sp. Eng., 2017, Vol. 13, No. 1. — P. 124 – 132.
21. Yang L., Gao F., Wang X., and Li J. Energy evolution law and failure mechanism of coal-rock combined specimen, J. China Coal Soc., 2019, Vol. 44, No. 12. — P. 3894 – 3902.
22. Zhao P., He Y., Li S., Li S., Lin H., Jia Y., and Yang E., Coal thickness effect on mechanics and energy characteristics of coal-rock combination model, J. Min. Saf. Eng., 2020, Vol. 37, No. 5. — P. 1067 – 1076.
23. Chen G., Li T., Zhang G., Lyu P., and Wu X. Experimental study on the law of energy accumulation before failure of coal-rock combined body, J. China Coal Soc., 2021, Vol. 46, No. S1. — P. 174 – 186.
24. Сукнев С. В. Влияние условий водонасыщения на статические упругие свойства карбонатных пород // ФТПРПИ. — 2024. — № 1. — С. 15 – 25.
25. Буковская М., Буковский П. Изменение свойств углепородного массива и возникновение опасных природных явлений при затоплении выработок закрытых угольных шахт // ФТПРПИ. — 2021. — № 5. — С. 56 – 70.
26. Chen S., Yin D., Zhang B., Ma H., and Liu X. Mechanical characteristics and progressive failure mechanism of roof-coal pillar structure, Chin. J. Rock Mech. Eng., 2017, Vol. 36, No. 7. — P. 1588 – 1598.
27. Zuo J., Chen Y., and Song H. Study progress of failure behaviors and nonlinear model of deep coal-rock combined body, Chin. J. Rock Mech. Eng., 2021, Vol. 52, No. 8. — P. 2510 – 2521.
УДК 539.37
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗРУШЕНИЯ СТРУКТУРНЫХ БЛОКОВ НА ПАРАМЕТРЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПРОДОЛЬНЫХ ВОЛН В ПОРОДНОМ МАССИВЕ
Ван Кайсин, У Бин, Пань Ишань, А. П. Хмелинин, А. И. Чанышев
Ляонинский технический университет, Ордосский исследовательский институт,
E-mail: kaixing_wang@163.com, просп. Нейменгу, 017000, г. Ордос, Китай
Ляонинский технический университет, Факультет механики и инженерии,
123000, г. Фусинь, пров. Ляонин, Китай
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
Е-mail: hmelinin@misd.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Изучено распространение P-волн в блочном массиве горных пород, составленном из элементов с разрывными нарушениями в поперечном и продольном направлениях. Анализировались скорость продольной волны, ускорения блоков, кинетическая энергия, смещения и частотно-временные зависимости. Установлено, что при нарушениях блочной структуры скорость продольной волны уменьшается, время вступления отклика по ускорениям увеличивается, максимальное ускорение и кинетическая энергия снижаются. При поперечном разрушении блоков их ускорение и кинетическая энергия уменьшаются в окрестности зоны разрушения в б?льшей степени, чем при продольном. При поперечном разрушении доминантная частота ускорения и кинетическая энергия в окрестности зоны разрушения имеют пониженные значения, доминантная частота смещения — повышенное. При продольном разрушении наблюдается задержка во времени вступления доминантных частот отклика блочной модели среды на динамические воздействия в зоне, удаленной от места нарушения структуры.
Блочная структура, нарушения структуры, влияние видов нарушений на распространение продольных волн в блочной модели среды, частотно-временной анализ
DOI: 10.15372/FTPRPI20240203
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Miao X. H., Jiang F. X., Wang C. W., et al. Mechanism of microseism-inducdrock burst revealed by microseismic monitoring, Chinese J. Geotech. Eng., 2011, Vol. 33, No. 6. — P. 971 – 976.
2. Liu S. H., Mao D. B., Qi Q. X., et al. Under static loading stress wave propagation mechanism and energy dissipation in compound coal-rock, J. China Coal Society, 2014, Vol. 39, No. S1. — P. 15 – 22.
3. Dou L. M., Jiang Y. D., Cao A., et al. Monitoring and pre-warning of rock burst hazard with technology of stress field and wave field in underground coalmines, Chinese J. Rock Mech. Eng., 2017, Vol. 36, No. 4. — P. 803 – 811.
4. Sadovsky M. A. Natural lumpiness of a rock, Dokl. Akad. Nauk SSSR, 1979, Vol. 247, No. 4. — P. 829 – 831.
5. Kurlenya M. V., Oparin V. N., and Eremenko A. A. Relation of linear block dimensions of rock to crack opening in the structural hierarchy of masses, J. Min. Sci., 1993, Vol. 29, No. 3. — P. 197 – 203.
6. Qi C. Z., Qian Q. H., Wang M. Y., et al. Structural hierarchy of rock massif and mechanism of its formation, Chin. J. Rock Mech. Eng., 2005, Vol. 24, No. 16. — P. 2838 – 2846.
7. Kurlenya M. V., Oparin V. N., and Vostrikov V. I. Pendulum-type waves. Part I: State of the problem and measuring instrument and computer complexes, J. Min. Sci., 1996, Vol. 32, No. 3. — P. 159 – 163.
8. Aleksandrova N. I. and Sher E. N. Modeling of wave propagation in block media, J. Min. Sci., 2004, Vol. 40, No. 6. — P. 579 – 587.
9. Aleksandrova N. I. The propagation of transient waves in two-dimensional square lattices, Int. J. Solids Structures, 2022, Vol. 18. — P. 234 – 235.
10. Aleksandrova N. I. Model of block media taking into account internal friction, Mech. Solids, 2022, Vol. 57, No. 3. — P. 496 – 507.
11. Oparin V. N., Balmashnova E. G., and Vostrikov V. I. On Dynamic behavior of “Self-Stressed” block media. Part II: Comparison of theoretical and experimental data, J. Min. Sci., 2001, Vol. 37, No. 5. — P. 455 – 461.
12. Saraikin V. A., Chernikov A. G., and She E. N. Wave propagation in two-dimensional block media with viscoelastic layers (Theory and experiment), J. Appl. Mech. Tech. Phys., 2015, Vol. 56, No. 4.
13. Шер Е. Н., Черников А. Г. Об оценке параметров структуры блочных сред на модельном примере сейсмического зондирования кирпичной стены // ФТПРПИ. — 2020. — № 4. — С. 11 – 17.
14. Qian Q. H. Key scientific problems in the development of deep underground space, Academician Proc. Of Qian Qi-hu. Beijing, Chinese Society Rock Mech. Eng., 2007. — P. 549 – 568.
15. Wang D. R., Lu Y. S., Feng S. F., et al. Development of multipurpose test system for dynamic behaviors of deep rock masses, Chin. J. Rock Mech. Eng., 2008, Vol. 27, No. 3. — P. 601 – 606.
16. Wu H., Fang Q., Zhang Y. D., et al. Propagation properties of stress waves in one-dimensional geo-block medium, Chin. J. Geotech. Eng., 2010, Vol. 32, No. 4. — P. 600 – 611.
17. Jia B. X., Chen Y., Pan Y. S., et al. Experimental research on propagation characteristics of block-rock mass pendulum-type wave under shock load, Rock Soil Mech., 2015, Vol. 36, No. 11. — P. 3071 – 3076.
18. Li J., Zhou Y. C., Jiang H. M., et al. State of the nonlinear pendulum-type waves problems and development of the test equipment, Nat. Sci. J. Xiangtan Univ., 2017, Vol. 39, No. 4. — P. 22 – 28.
19. Li J., Wang M. Y., Jiang H. M., et al. Nonlinear mechanical problems in rock explosion and shock. Part I: Experimental research on properties of one-dimensional wave propagation in block rock masses, Chin. J. Rock Mech. Eng., 2018, Vol. 37, No. 1. — P. 38 – 50.
20. Li J., Jiang H. M., Wang M. Y., et al. Nonlinear mechanical problems in rock explosion and shock. Part II: Physical model test on sliding of block rocks triggered by external disturbance, Chin. J. Rock Mech. Eng., 2018, Vol. 37, No. 2. — P. 291 – 301.
21. He M. C., Wang Y., Liu D. Q., et al. Experimental study on ultra-low friction effect of granite block based on two-dimensional digital image correlation technique, J. China Coal Soc., 2018, Vol. 43, No. 10. — P. 2732 – 2740.
22. Wang K. X., Dou L. M., Pan Y. S., et al. Experimental study of incompatible dynamic response feature of block rock mass, Rock Soil Mech., 2020, Vol. 41, No. 4. — P. 1227 – 1234.
23. Jiang H. M., Li J., and Wang M. Y. Development of a test system for dynamic characteristics of blocky rock mass and its application, J. Vibration Shock., 2018, Vol. 37, No. 21. — P. 29 – 34.
24. Liu B. Y. An introduction to nonstationary signal analysis, Beijing, National Defense Industry Press, 2006.
25. Ge Z. X. and Chen Z. S. Matlab time-frequency analysis technology and its applications, Beijing, The People's Posts and Telecommunications Press, 2006.
26. Tian Z. N., Li S. H., Xiao N., et al. Experimental studies and numerical simulation of stress wave propagation in one-dimensional rock mass, Chin. J. Rock Mech. Eng., 2008, Vol. 27, No. S1. — P. 2687 – 2693.
УДК 624.138
ВЗАИМОСВЯЗЬ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ХАРАКТЕРА РАЗРУШЕНИЯ КОРНЕЙ ИВЫ С ПРОЦЕССОМ ОСЕДАНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Ма Юньцзин
Совместный российско-китайский университет МГУ-ППИ,
Е-mail: 1600280192@qq.com, 518172, г. Шэньчжэнь, Китай
Исследован механизм разрушения корней ивы в засушливых и полузасушливых регионах Китая. Методом акустической эмиссии проанализировано разрушение корня при его растяжении. Фрактальная размерность сечения разрыва корня рассчитана с помощью технологии обработки цифровых изображений. Показано, что прочность на растяжение и предельное удлинение корня уменьшаются с увеличением его диаметра. Выявлено, что при увеличении диаметра корня прочность на сдвиг уменьшается. Акустическая эмиссия позволяет не только количественно описать характер разрушения корня, но и определить его критическое удлинение, когда корень перестает воспринимать нагрузку. Предложены оптимальные глубины ведения горных работ, позволяющие снизить деформацию поверхности, избежать повреждения корневой системы и сохранить растительность на поверхности.
Корень ивы, акустическая эмиссия, коэффициент повреждения, прочность на растяжение, глубина добычи, защита растительности
DOI: 10.15372/FTPRPI20240204
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Shaogang L. and Zhengfu B. Research progress on the environment impacts from underground coal mining in arid western area of China, Acta Ecological Sinica, 2014, Vol. 34, No. 11. — P. 2837 – 2843.
2. Wu Tien H., MK I., and Swanston D. N. Strength of tree roots and landslides on Prince of Wales Island, Alaska. Can Geotech. J., 1979, Vol. 16, No. 1. — P. 19 – 33.
3. Waldron L. J. Shear resistance of root-permeated homogeneous and stratified soil, Soil Sci. Soc. Am., 1977, Vol. 41. — P. 843 – 849.
4. Pollen N. and Simon A. Estimating the mechanical effects of riparian vegetation on stream bank stability using a fiber bundle model, Water Resour. Res., 2005, Vol. 41, No. 7. — P. 226 – 244.
5. Riestenburg M. Anchoring of thin colluvium on hillslopes in Cincinnati by roots of sugar maple and white ash, J. Am. Chem. Soc., 1994, Vol. 109, No. 23. — P. 7228 – 7230.
6. Norris J. Root reinforcement by hawthorn and oak roots on a highway cut-slope in southern England, Plant & Soil, 2005, Vol. 278, No. 1 – 2. — P. 43 – 53.
7. Docker B. and Hubble T. Quantifying root-reinforcement of river bank soils by four Australian tree species, Geomorphology, 2008, Vol. 100, No. 3–4. — P. 401 – 418.
8. Operstein V. and Frydman S. The influence of vegetation on soil strength. P. I. Civil Eng-Ground Improvement, 2000, Vol. 4, No. 2. — P. 81 – 89.
9. Mickovski S., Stokes A., Beek R., Ghestem M., and Fourcaud T. Simulation of direct shear tests on rooted and non-rooted soil using finite element analysis, Ecol. Eng., 2011, Vol. 37, No. 10. — P. 1523 – 1532.
10. Mao Z., Ming Y., Bourrier F., and Fourcaud T. Evaluation of root reinforcement models using numerical modelling approaches, Plant & Soil, 2014, Vol. 381, No. 1 – 2. — P. 249 – 270.
11. Bourrier F., Kneib F., Chareyre B., and Fourcaud T. Discrete modeling of granular soils reinforcement by plant roots, Ecol. Eng., 2013, Vol. 61, No. 1. — P. 646 – 657.
12. Cazzuffi D., Cardile G., and Gioffre D. Geosynthetic engineering and vegetation growth in soil reinforcement applications, Transp. Infrastruct Geotechnol., 2014, Vol. 1, No. 3 – 4. — P. 262 – 300.
13. Pinho-Lopes M., Carlos D., and Lopes M. Flume tests on fine soil reinforced with geosynthetics: walls of the salt pans (aveiro lagoon, portugal), Int. J. Geosynth. Ground Eng., 2015, Vol. 1, No. 2.
14. Norris J., Stokes A., Mickovski S., Cammeraat E., Beek R., Nicoll B., and Achim A. Slope stability and erosion control, Ecotechnological solutions, 2008.
15. Pimentel R., Heck R., and Almeida G. Studying natural root systems in soil of the Semi-Arid region of Brazil, Soil Interfaces Sustain Dev, 2015.
16. Arellano M. and Irmak S. Reference (potential) evapotranspiration. I: Comparison of temperature, radiation, and combination-based energy balance equations in humid, subhumid, arid, semiarid, and mediterranean-type climates, J. Irrig. Drain Eng., 2014, Vol. 142, No. 4. — 04015065-1-21.
17. Topak R., Acar B., Uyanoz R., and Ceyhan E. Performance of partial root-zone drip irrigation for sugar beet production in a semi-arid area, Agric. Water Manag., 2016, Vol. 176. — P. 180 – 190.
18. S?Eptar L., Paltineanu C., Gavat C., and Moale C. Estimating root activity of a drip-irrigated peach orchard under the soil and climate conditions of a semi-arid region, Sci. Pap-Series B, Horticulture, 2015.
19. Carrillo Y., Dijkstra F., Dan L., Morgan J., Blumenthal D., Waldron S., and Pendall E. Disentangling root responses to climate change in a semiarid grassland, Oecologia, 2014, Vol. 175, No. 2. — P. 699 – 711.
20. Goodman A. and Ennos A. The effects of soil bulk density on the morphology and anchorage mechanics of the root systems of sunflower and maize, Ann. Bot., 1999, Vol. 83, No. 3. — P. 293 – 302.
21. Bischetti G., Chiaradia E., Simonato T., Speziali B., Vitali B., and Vullo P. Root strength and root area ratio of forest species in lombardy (northern italy), Plant & Soil, 2005, Vol. 278, No. 1 – 2. — P. 11 – 22.
22. Haili Z., Xiasong H., Xiaoqing M., Guorong L., Xingling L., and Guichen C. Relationship between mechanical characteristics and anatomical structures of slope protection plant root, Trans Chin. Soc. Agric. Eng., 2009, Vol. 25, No. 5. — P. 40 – 46.
23. Kun J. Study on wood fracture parallel to grain based on fractal theory, J. Biomath., 2009, Vol. 4, No. 1. — P. 177 – 182.
24. Yinli B., Jinhua S., Jian Z., Ziheng S., Yun C., and Huan S Remediation effects of plant root growth inoculated with AM fungi on simulation subsidence injured, J. China Coal Soc., 2017, Vol. 42, No. 4. — P. 1013 – 1020.
25. Kumar R., Shankar V., and Jat M. Evaluation of nonlinear root uptake model for uniform root zone vis-a-vis multilayer root zone, J. Irrig. Drain Eng., 2013, Vol. 140, No. 2. — 04013010-1-9.
УДК 622.831.3
РАЗВИТИЕ ДЕФОРМАЦИЙ В НАЛЕГАЮЩЕМ МАССИВЕ ПОРОД И ИХ МОНИТОРИНГ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА
Хао Янькуй, Ма Чжаньго, Линь Чжунсян, Лю Ван, Юэ Пэн, Сунь Цзюньюй, Чэнь Тао
Компания “Сhina Coal Geology Group Co. Ltd.”,
100040, г. Пекин, Китай
Китайский горно-технологический университет,
221008, г. Сюйчжоу, пров. Цзянсу, Китай
Для прогнозирования развития и местоположения разделительной трещины в условиях очистного забоя 8006 угольной шахты на севере Китая представлен расчет напряжений на границах литологического раздела породных слоев исходя из принципа составной балки. С помощью сети оптоволоконных датчиков осуществлен мониторинг слоистых толщ пород, склонных к осадке. Полученные результаты испытаний с высокой точностью отражают характеристики деформаций налегающих пород в поле измерений и представляют теоретические основы для практических рекомендаций по применению тампонажа налегающих пород в рассматриваемой угольной шахте. Результаты исследований показали, что при полной отработке угольного пласта на вертикальном расстоянии 265 м от его кровли образуется разделительная трещина между слоями крупнозернистого песчаника и аргиллита. Цементация, или тампонаж, в таких случаях является эффективным способом укрепления подобных разделительных трещин.
Деформация породы, тампонаж, моделирование методом подобия, добыча угля, деформация налегающей пород
DOI: 10.15372/FTPRPI20240205
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Longhui Guo, Ye Cheng, and Shilong Peng. Study on fracture evolution and subsidence fractal characteristics of overlying strata in thin bedrock mining with thick undispersed beds, Safety in Coal Mines, 2020, Vol. 51, No. 9. — P. 59 – 64.
2. Zhenli Fan. Study on the characteristics of slurry migration channel and solute diffusion in separated layer filling mining, Coal Sci. Technol., 2017, Vol. 45, No. 7. — P. 172 – 179.
3. Wei Qiao, Shilong Zhao, Liangang Li, Shengfeng Gan, Chuanwen Jiang, Mengnan Liu, Lei Zhang, and Yulu Duan. Study on evolution characteristics of upper strata and precursory information of water gushing (outburst) in mining overburden, Coal Sci. and Technol., 2021, Vol. 49, No. 2. — P. 194 – 205.
4. Wei Qiao, Zhiwen Wang, Wenping Li, Yuguang Lv, Liangang Li, Yang Huang, Jianghui He, Xiaoqin Li, Shilong Zhao, and Mengnan Liu. Formation mechanism, disaster causing mechanism and prevention technology of water damage in coal mine roof, J. China Coal Soc., 2021, Vol. 46, No. 2. — P. 507 – 522.
5. Dayang Xuan and Binglong Wang, and Jialin Xu. A shared borehole approach for coal-bed methane drainage and ground stabilization with grouting, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2016, Vol. 86. — P. 235 – 244.
6. Renlun Wu, Jilin Wang, Zhilong Zhe, and Hui Cheng. Influence of coal seam mining height on the “three zones” of gas relief movement in mining overlying rock, J. Min. & Safety Eng., 2017, Vol. 34, No. 6. — P. 1223 – 1231.
7. Minggao Qian, Xiexing Miu, and Jialin Xu. Research on key layer theory in rock control, J. China Coal Society, 1996, Vol. 3. — P. 2 – 7.
8. Jialin Xu, Minggao Qian, and Hongwei Jin. Study on the evolution law of strata movement and separation and its application, Chinese J. Geotechnical Eng., 2004, Vol. 5. — P. 632 – 636.
9. Palchik V. Localization of mining-induced horizontal fractures along rock layer interfaces in overburden: field measurements and prediction, Environmental Geology, 2005, Vol. 48, No. 1. — P. 68 – 80.
10. Jiang-Hui He, Wen-ping Li, Yu Liu, Zhi Yang, Shi Liang Liu, and Luan-Fei Li. An improved method for determining the position of overlying separated strata in mining, Eng. Failure Analysis, 2018, Vol. 83. — P. 17 – 29.
11. Suhua Wang, Chaoliang Song, and Yong Liu. Experimental study on dynamic development of overlying strata, J. Shandong Agricultural University (Natural Science Edition), 2020, Vo. 51, No. 4. — P. 663 – 667.
12. Xiangdong Zhang, Xueli Fan, and Deshen Zhao. The space-time process of overburden movement, Chinese J. Rock Mech. Eng., 2002, Vol. 1. — P. 56 – 59.
13. Xin Zhang, Wei Qiao, and Lijian Lei. Formation mechanism of overburden separated layer in fully mechanized caving mining, J. China Coal Society, 2016, Vol. 41, No. S2. — P. 342 – 349.
14. Chunde Pu, Bin Shi, and Guangqing Wei. BOTDA distributed measurement and separation analysis of mining overburden deformation, J. Min. & Safety Eng., 2015, Vol. 32, No. 3. — P. 376 – 381.
15. Hailiang Tan and Qiming Li. Application of optical fiber sensing technology in height detection of two overburden zones, Coal Geology of China, 2019, Vol. 31, No. 5. — P. 60 – 65.
16. Chonggang Wang. Analysis of grouting effect in high and thick hard rock stratum separation zone, Shandong Coal Sci. Technol., 2018, Vol. 210, No. 2. — P. 53 – 55.
УДК 625.042; 539.383
ДЕФОРМАЦИИ ОСНОВАНИЙ ТОННЕЛЕЙ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПУТЕЙ В НАКЛОННО-СЛОИСТЫХ СРЕДАХ И МЕРЫ ПРОТИВОДЕЙСТВИЯ ИМ
Ян Цзюньшэн, Сян Маолун, У Цзянь, Ли Юйвэй, Се Ипэн, Фу Цзиньян
Центральный южный университет,
Е-mail: ypxie2020@csu.edu.cn, 410075, г. Чанша, Китай
Исследовательский институт рельсового транспорта,
611731, г. Чэнду, Китай
Ляонинский университет,
110036, г. Шеньян, Китай
На основе исследований механизмов деформирования оснований тоннелей, построенных в наклонно-слоистых породных массивах, предложены ограничения и требования к совершенствованию конструкций тоннелей для высокоскоростных поездов Китая. Разработана физическая модель основания, проведены эксперименты и определено взаимодействие среды с элементами тоннелей при разных условиях нагружения. С помощью численного моделирования исследовано влияние кривизны обратного свода обделки тоннелей на деформации основания тоннеля и установлена эффективность углубления обратного свода на деформации подстилающего пространства основания тоннеля. Представлена система контроля и противодействия деформационным нарушениям оснований тоннелей, расположенных в наклонно-слоистых породах.
Тоннель, основание тоннеля, пологий наклон, слоистые горные породы, деформации, меры противодействия
DOI: 10.15372/FTPRPI20240206
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Li L., Yang J., Wu J., Wang S., Fang X., and Zhang C. Failure mechanism and countermeasures of an operational railway tunnel invert in horizontally stratified rock masses, Int. J. Geomech., 2022, Vol. 22, No. 2. — 04021280.
2. Moussaeia N., Sharifzadehb M., Sahriarc K., and Khosravi M. H. A new classification of failure mechanisms at tunnels in stratified rock masses through physical and numerical modeling, Tunn. Undergr. Space Technol., 2019, Vol. 91. — 103017.
3. Feng J., Gong L., Wang L., Zhou P., Zhang P., Li Y., and Liu Z. Study on failure mechanism and treatment measures of floor heave of high-speed railway tunnel in the interbedded surrounding rock with high geostress, Eng. Fail. Anal., 2023, Vol. 150. — 107365.
4. Ma K., Zhang J., Zhang J., Dai Y., and Zhou P. Floor heave failure mechanism of large-section tunnels in sandstone with shale stratum after construction: a case study, Eng. Fail. Anal., 2022, Vol. 140. — 106497.
5. Mo S., Ramandi H. L., Oh J., Masoumi H., Canbulat I., Hebblewhite B., and Saydam S. A new coal mine floor rating system and its application to assess the potential of floor heave, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2020, Vol. 128. — 104241.
6. Zhang B., Tao Z., Guo P., Yang K., and Yang Y. Model test on deformation and failure mechanism of tunnel support with layered rock mass under high ground stress, Eng. Fail. Anal., 2023, Vol. 150. — 107296.
7. Fang H., Yang J., Xiang M., Zhang X., and Li L. Model test and numerical simulation on the invert heave behaviour of high-speed railway tunnels with rainstorm, Transp. Geotech., 2022, Vol. 37. — 100891.
8. Li L., Yang J., Fu J., Wang S., Zhang C., and Xiang M. Experimental investigation on the invert stability of operating railway tunnels with different drainage systems using 3D printing technology, J. Rock Mech. Geotech. Eng., 2022, Vol. 14, No. 5. — P. 1470 – 1485.
9. Liu Y., Song H. L., Sun X. D., Xing H. P., Feng C. Y., Liu J. F., and Zhao G. T. characteristics of rail deformation caused by tunnel floor heave and corresponding running risk of high-speed train, Constr. Build. Mater., 2022, Vol. 346. — 128385.
10. Du M., Wang X., Zhang Y., Li L., and Zhang P. In-situ monitoring and analysis of tunnel floor heave process, Eng. Fail. Anal., 2020, Vol. 109. — 104323.
11. Mo S., Tutuk K., and Saydam S. Management of floor heave at bulga underground operations — a case study, Int. J. Min. Sci. Technol., 2019, Vol. 29, No. 1. — P. 73 – 78.
12. Ou X., Ouyang L., Xu X., and Wang L. Case study on floor heave failure of highway tunnels in gently inclined coal seam, Eng. Fail. Anal., 2022, Vol. 153. — 107598.
13. Li J., Wang Z., Wang Y., and Chang H. Analysis and countermeasures of large deformation of deep-buried tunnel excavated in layered rock strata: A case study, Eng. Fail. Anal., 2023, Vol. 146. — 107057.
14. Ma K., Zhang J., Zhang J., Dai Y., and Zhou P. Floor heave failure mechanism of large-section tunnels in sandstone with shale stratum after construction: A case study, Eng. Fail. Anal., 2022, Vol. 140. — 106497.
15. Feng J., Gong L., Wang L., Zhou P., Zhang P., Li Y., and Liu Z. Study on failure mechanism and treatment measures of floor heave of high-speed railway tunnel in the interbedded surrounding rock with high geostress, Eng. Fail. Anal., 2023, Vol. 150. — 107365.
16. Yang J. P., Chen W. Z., Zhao W. S., Tan X. J., Tian H. M., Yang D. S., Ma C. S. Geohazards of tunnel excavation in interbedded layers under high in situ stress, Eng. Geol., 2017, Vol. 230, No. 29. — P. 11 – 22.
17. Sun X. M., Zhao C. W., Tao Z. G., Kang H. W., and He M. C. Failure mechanism and control technology of large deformation for muzhailing tunnel in stratified rock masses, Bull. Eng. Geol. Environ., 2021, Vol. 80. — P. 4731 – 4750.
18. Tian Y., Shu X., Tian H., He L., Jin Y., and Huang M. Effect of horizontal stress on the mesoscopic deformation and failure mechanism of layered surrounding rock masses in tunnels, Eng. Fail. Anal., 2023, Vol. 148. — 107226.
19. Fortsakis P., Nikas K., Marinos V., and Marinos P. Anisotropic behaviour of stratified rock masses in tunnelling, Eng. Geol., 2012, Vol. 141. — P. 74 – 83.
20. Shen P. W., Tang H. M., Zhang B. C., Ning Y. B., and He C. Investigation on the fracture and mechanical behaviors of simulated transversely isotropic rock made of two interbedded materials, Eng. Geol., 2021, Vol. 268. — 106058.
21. Kulatilake P. H. S. W., Malama B., and Wang J. Physical and particle flow modeling of jointed rock block behavior under uniaxial loading, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2001, Vol. 38, No. 5. — P. 641 – 657.
22. Nasseri M. H. B., Rao K. S., and Ramamurthy T. Anisotropic strength and deformational behavior of Himalayan schists, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2003, Vol. 40. — P. 3 – 23.
23. Li J., Wang Z., Wang Y., and Chang H. Analysis and countermeasures of large deformation of deep-buried tunnel excavated in layered rock strata: a case study, Eng. Fail. Anal., 2023, Vol. 146. — 107057.
24. Song S., Li S., Li L., Shi S., Zhou Z., Liu Z., Shang C., and Sun H. Model test study on vibration blasting of large cross-section tunnel with small clearance in horizontal stratified surrounding rock, Tunn. Undergr. Space Technol., 2021, Vol. 92. — 103013.
25. Zhao D., He Q., Ji Q., Wang F., Tu H., and Shen Z. Similar model test of a mudstone-interbedded–sandstone-bedding rock tunnel, Tunn. Undergr. Space Technol., 2023, Vol. 140. — 105299.
26. Nunes M. A. and Meguid M. A. A study on the effects of overlying soil strata on the stresses developing in a tunnel lining, Tunn. Undergr. Space Technol., 2009, Vol. 24. — P. 716 – 722.
27. Sun X., Chen F., He M., Gong W., Xu H., and Lu H. Physical modelling of floor heave for the deep-buried roadway excavated in ten degree inclined strata using infrared thermal imaging technology, Tunn. Undergr. Space Technol., 2017, Vol. 63. — P. 228 – 243.
28. Sun X., Zhao C., Zhang Y., Chen F., Zhang S., and Zhang K. Physical model test and numerical simulation on the failure mechanism of the roadway in layered soft rocks, Int. J. Min. Sci. Technol., 2021, Vol. 31, No. 2. — P. 291 – 302.
29. TG/GW102-2019. Rules for maintenance of ordinary speed railway lines, China Railway Publishing House, Beijing, China, 2019.
30. TG/GW115-2012. Rules for maintenance of ballastless track lines of high-speed railways, China Railway Publishing House, Beijing, China, 2012.
УДК 622.831.325
ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ВЫБРОСА УГЛЯ В ВЫРАБОТКАХ С ПОМОЩЬЮ ЭНЕРГОПОГЛОЩАЮЩЕЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ КРЕПИ АРОЧНОГО ТИПА
Сяо Юнхуэй, Пань Ишань, Ли Юйвэй
Ляонинский университет,
Е-mail: xiaoyonghui@lnu.edu.com, 110036, г. Ляонин, Китай
Ляонинский технический университет,
123000, г. Фуксин, Китай
Предложен метод предотвращения выброса угля на основе использования энергопоглощающей способности крепи. Спроектирована специальная энергопоглощающая гидравлическая горная крепь арочного типа для круговых и арочных выработок, состоящая из трех элементов и рассчитанная на некоторую пороговую нагрузку, при превышении которой крепь осуществляет смещение, соответствующее деформации породы, что сопровождается быстрым поглощением ударной энергии. Испытано два энергопоглощающих элемента и показано, что предел текучести односекционного противоударного элемента составляет 1840 кН, при сжатии его на 100 мм поглощается 180 кДж энергии. Средний предел текучести двухсекционного противоударного элемента составил 2460 кН, поглощение энергии при сжатии на 100 мм — 410 кДж. Оба элемента с общей энергопоглощающей способностью более 700 кДж использованы в энергопоглощающей гидравлической крепи арочного типа, установленной на действующей шахте.
Выброс угля, устойчивость выработки, энергопоглощающая гидравлическая крепь, предотвращение выброса угля
DOI: 10.15372/FTPRPI20240207
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Pan Yishan. Study on the occurrence and failure process of coal burst, Beijing, Tsinghua University, 1999. — P. 25 – 50.
2. Pan Yi-shan. Coalburst of coal mine, Beijing, Science Press, 2018. — P. 486 – 522.
3. Pan Yishan, Song Yimin, and Liu Jun. Pattern, change and new situation of coal mine coal burst prevention and control in China, Chinese J. Rock Mech. Eng., 2023, Vol. 42, No. 9. — P. 486 – 522.
4. Qi Qingxin, Li Yizhe, Zhao Shankun, et al. Seventy years development of coal mine coal burst in China: establish and consideration of theory and technology system, J. Coal Sci. Technol., 2019, Vol. 47, No. 9. — P. 1 – 40.
5. Pan Yishan. Disturbance response instability theory of coal burst in coal mine, J. China Coal Society, 2018, Vol. 43, No. 8. — P. 2091 – 2098.
6. Lai Ying-dei, Cui Lan-xiu, and Sun Hui-lan. Introduction to energy support, J. Shan Xi Coal, 1994.
7. Zheng Yun-tian, Wang Ming-su, Peng Yong-xuan, et al. Soft rock tunnels in simulation experiments, J. Mine Construction Technol., 1988.
8. Sun Jun. The understanding to develop the high stress zone lithology and tunnel surrounding rock stability, Chinese J. Rock Mech. Eng., 1988, Vo. 7, No. 2. — P. 185 – 188.
9. He Man-chao and Li Cun-hua. Two key points of anchor supporting technology and its application, J. Mine Construction Technol., 1994, Vol. 19, No. 1. — P. 21 – 31.
10. Pan Yi-shan, Xiao Yong-hui, Li Zhong-hua, et al. Study of tunnel support theory of coal burst in coal mine and its application, J. China Coal Society, 2014, Vol. 39, No. 2. — P. 222 – 227.
11. Jiang Yao-dong, Pan Yi-shan, Jiang Fu-xing, et al. State of the art review on mechanism and prevention of coal bumps in China, J. China Coal Society, 2014, Vol. 39, No. 2. — P. 205 – 213.
12. Kang Hong-pu, Wu Yong-zheng, He Jie, et al. Rock bolting performance and field practice in deep tunnels with coalburst, J. Rock Soil Mech., 2015, Vol. 36, No. 9. — P. 2225 – 2233.
13. Li Zhao-fu, Zhang Sheng-xiang, Cao Wei, et al. Development and application of antidumping gateway hydraulic powered support, J. Coal Technol., 2007, Vol. 35, No. 1. — P. 54 – 58.
14. Xu Wan-jun and GU hui-jun. Heighten of coal burst performance of hydraulic support in mine, J. Coal Technol., 2010, Vol. 35, No. 11. — P. 1809 – 1814.
15. Yu Zhi-hong and Guan Wen-tao. Comprehensive measures should be taken to use anti-erosion tunnels supports to ensure the safe production of severe impact ground pressure areas, J. Opencast Min. Technol., 2013, No. 5. — P. 81 – 84.
16. Zheng Lin-jie. The application of tunnels hydraulic support in the percussion ground pressure working face, J. Zhongzhou Coal, 2011, No. 12. — P. 71 – 74.
17. Yan Hai-qin and Gong Yu. Analysis of coal burst performance of hydraulic support, J. Coal Technol., 2010, Vol. 35, No. 11. — P. 1809 – 1814.
18. Wang W., Pan Y. S., and Xiao Y. H. Synergistic resin anchoring technology of rebar bolts in coal mine tunnels, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2022, Vol. 151. — 105034.
19. Wang W., Pan Y. S., and Xiao Y. H. Synergistic mechanism and technology of cable bolt resin anchoring for tunnels roofs with weak interlayers, J. Rock Mech. Rock Eng., 2022, Vol. 55, No. 6. — P. 3451 – 3472.
20. Kong R., Tuncay E., Ulusay R., Zhang X., and Feng X. T. An experimental investigation on stress-induced cracking mechanisms of a volcanic rock, J. Eng. Geol., 2021, Vol. 280. — 105934.
21. Wang Kai-xing and Pan Yi-shan. An unified theory of energy absorbing and anti-impact for surrounding rock and support in coalburst mine, J. Rock Soil Mech., 2015, Vol. 36, No. 9. — P. 2585 – 2590.
22. Pan Yishan, Xiao Yonghui, Luo Hao, et al. Study on safety of coal burst mine, J. China Coal Society, 2023,Vol. 48, No. 5. — P. 1846 – 1860.
23. Pan Yi-shan, Xiao Yong-hui, and Li Guo-zhen. Tunnels hydraulic support for coal burst prevention in coal mine and its application, J. China Coal Society, 2020, Vol. 45, No. 1. — P. 90 – 99.
24. Xiao Yong-hui, Pan Yi-shan, Chen Jian-qiang, et al. Study on buckling energy absorbing reliability of energy absorbing component of tunnels coal burst preventing support, J. Min. Safety Eng., 2022, Vol. 39, No. 2. — P. 317 – 327.
25. Ma Xiao, Pan Yi-shan, Zhang Jian-zhuo, et al. Design and performance re-search on core energy absorption component of anti-impact support, J. China Coal Society, 2018, Vol. 43, No. 4. — P. 1171 – 1178.
УДК 550.837.76
ОЦЕНКА ТОЛЩИНЫ ДЕФЕКТОВ В ЗОНЕ КОНТАКТА “БЕТОННАЯ КРЕПЬ – ПОРОДНЫЙ МАССИВ” МЕТОДОМ ГЕОРАДИОЛОКАЦИИ
Е. В. Денисова, К. О. Соколов, А. П. Хмелинин, А. И. Конурин, Д. В. Орлов
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
E-mail: slimthing@mail.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Институт горного дела Севера им. Н. В. Черского СО РАН,
E-mail: k.sokolov@ro.ru, просп. Ленина 43, 677980, г. Якутск, Россия
Методом георадиолокации исследованы бетонные конструкции на наличие дефектов в виде внутренних слоев. Выявлены зависимости изменения модуля коэффициента отражения сигнала георадара от вариации толщины слоя и электромагнитных свойств заполняющего материала (песок, влажный песок или воздух). В основу экспериментальных и численных исследований положен метод peak-to-peak amplitudes ratio, который позволил определить коэффициенты Френеля для верхней и нижней границ слоя. Минимальная толщина слоя, которую удалось зафиксировать с помощью георадара, составила 2 мм.
Бетонная крепь, внутренний слой, породный массив, метод конечных разностей во временной области, электромагнитные свойства, георадар
DOI: 10.15372/FTPRPI20240208
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Feng Peng, Dai Feng, Shuai Kewei, and Wei Mingdong. Dynamic mechanical behaviors of pre-fractured sandstone with noncoplanar and unparallel flaws, Mech. Materials, 2022, Vol. 166. — 104219.
2. Guo Tengfei, Kewei Liu, Li Xiang, Peng Jin, Jiacai Yang, Zhang Aimin, and Zou Liansong. Effect of crack angle and concrete strength on the dynamic fracture behavior of rock-based layered material containing a pre-existing crack, Archives Civil and Mech. Eng., 2023, Vol. 23.
3. Azarov A., Patutin A., and Serdyukov S.Hydraulic fracture propagation near the cavity in a poroelastic media, Applied Sci., 2021, Vol. 11. — 11004.
4. Oudeika M., Ilkimen E., Tasdelen S., and Aydin A. Distinguishing groundwater flow paths in fractured rock aquifers formed under tectonic stress using geophysical techniques: Сankurtaran basin, Denizli, Turkey, Int. J. Env. Research, 2020, Vol. 14(5). — Р. 567 – 581.
5. Bahati P. A., Le V. D., and Lim Y. An impact echo method to detect cavities between railway track slabs and soil foundation, J. Eng. Appl. Sci., 2021, Vol. 68.
6. Hussin A. P. and Wang Yudi. Comparison study of ultrasonic and surface wave methods for crack depth detection in concrete panels, Academic J. Sci. Technol., 2023, Vol. 5. — P. 121 – 125.
7. Сизин П. Е., Вознесенский А. С., Кидима Мбомби Л. К. Влияние длины трещин со случайными параметрами на электрическую проводимость горных пород // Горные науки и технологии. — 2023. — № 8(1). — С. 30 – 38.
8. Huang Tongxing, Zhang Chaoyang, Lu Dun, Zeng Qiuyu, Fu Wenjie, and Yan Yang. Improving FMCW GPR precision through the CZT algorithm for pavement thickness measurements, Electronics, 2022, Vol. 11.
9. Wang Siqi, Leng Zhen, Zhang Zeyu, and Sui Xin. Automatic asphalt layer interface detection and thickness determination from ground-penetrating radar data, Construction and Building Materials, 2022, Vol. 357.
10. He Wenchao, Lai Wallace, Sui Xin, and Giannopoulos Antonios. Delamination characterization in thin asphalt pavement structure using dispersive GPR data, Construction and Building Materials, 2023, Vol. 402.
11. De Coster Alberic, Van der Wielen Audrey, Gregoire Colette, and Lambot S. Evaluation of pavement layer thicknesses using GPR: A comparison between full-wave inversion and the straight-ray method, Construction and Building Materials, 2018, Vol. 168. — P. 91 – 104.
12. Liu Hai, Xie Xiongyao, and Sato Motoyuki. Accurate thickness estimation of a backfill grouting layer behind shield tunnel lining by CMP measurement using GPR, 14th Int. Conf. on Ground Penetrating Radar, GPR, 2012. — P. 137 – 142.
13. Harseno Regidestyoko, Lee Sung-Jin, Kee Seong-Hoon, and Kim Sungmo. Evaluation of air-cavities behind concrete tunnel linings using GPR measurements, Remote Sensing, 2022, Vol. 14.
14. Zerkal E., Kalashnikov A., Lapshinov A., and Tyutyunkov A. Using ground penetrating radars to detect internal defects in concrete foundation slabs, Vestnik MGSU, 2020, Vol. 15. — P. 980 – 987.
15. Van der Wielen Audrey. Characterisation of thin layers into concrete with ground penetrating radar, 2014.
16. Ristic A., Bugarinovic Z., Vrtunski M., Govedarica M., and Pajewski L. Application of GPR in assessing of concrete dam structures health, 2020.
17. Rayleigh J. W. S. The theory of sound, Vol. 2, Dover Publications, New York, 1945.
18. Widess M. B. How thin is a thin bed? Geophysics, 1973, Vol. 38. — P. 1176 – 1180.
19. Bradford J. and Deeds J. Ground-penetrating radar theory and application of thin-bed offset-dependent reflectivity, Geophysics, 2006, Vol. 71. 10.1190/1.2194524.
20. Deparis J. and Garambois S. On the use of dispersive APVO GPR curves for thin-bed properties estimation: Theory and application to fracture characterization, Geophysics, 2009, Vol. 74(1). — P. J1 – J12.
21. Kadlec R. and Fiala P. The response of layered materials to EMG waves from a pulse source, Progress Electromagnetics Research M, 2015, Vol. 42. — P. 179 – 187.
22. Зубкович С. Г. Статистические характеристики радиосигналов, отраженных от земной поверхности. — М.: Советское радио, 1968. — 224 с.
23. Giannopoulos A. Modelling ground-penetrating radar by GprMax, Construction and Building Materials, 2005, Vol. 19. — P. 755 – 762.
24. Yee K. Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell’s equations in isotropic media, IEEE, Trans. Antennas, Propag, 1966, Vol. 14. — P. 302 – 307.
25. Kunz Karl and Luebbers Raymond. The Finite Difference Time Domain Method for Electrodynamics, 1996. — 464 р.
26. Taflove A. and Hagness S. C. Computational electrodynamics, Artech house, 2005.
27. Warren C., Giannopoulos, A., and Giannakis I. GprMax: Open source software to simulate electromagnetic wave propagation for Ground Penetrating Radar. Comput. Phys. Commun., 2016, Vol. 209. — P. 163 – 170.
28. Effects of building materials and structures on radiowave propagation above about 100 MHz [электронный ресурс]. URL: https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.2040-1-201507-S !!PDF-E.pdf.
29. Van der Wielen A., Courard L., and Nguyen F. Static detection of thin layers into concrete with ground penetrating radar, Restoration Buildings and Monuments, 2012, Vol. 18.
30. Baryshnikov V., Khmelinin A., and Denisova E. GPR detection of inhomogeneities in concrete lining of underground tunnels, J. Min. Sci., 2014, Vol. 50. — P. 25 – 32.
31. Readgssi 0.0.22 documentation — Readgssi documentation [электронный ресурс]. URL: https://readgssi.readthedocs.io/en/latest/index.html.
32. Опарин В. Н., Денисова Е. В., Хмелинин А. П., Соколов К. О., Конурин А. И. Применение метода георадиолокации в S-диапазоне длин волн при исследовании зоны контакта “бетонная крепь – породный массив” // ФТПРПИ. — 2023. — № 6 — С. 13 – 30.
УДК 622.83
ИССЛЕДОВАНИЕ СДВИЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА МЕСТОРОЖДЕНИИ “АЛМАЗ-ЖЕМЧУЖИНА” ГЕОДЕЗИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ
А. А. Панжин, Н. А. Панжина
Институт горного дела УрО РАН,
Е-mail: panzhin@igduran.ru, ул. Мамина-Сибиряка, 58, 620075, г. Екатеринбург, Россия
Рассмотрена задача изучения сдвижений и деформаций земной поверхности месторождения “Алмаз-Жемчужина” геодезическими методами. Исходной информацией для оценки параметров и закономерностей формирования напряженно-деформированного состояния послужили наблюдения за современными геодинамическими движениями, выполненные на геодезических знаках технологиями спутниковой геодезии GPS/ГЛОНАСС. Предложенный научный подход и методические положения применения результатов исследования трендовых и цикличных геодинамических движений позволили определить параметры природного напряженно-деформированного состояния массива горных пород и районировать территорию по уровню их проявления.
Современные геодинамические движения, массив горных пород, спутниковая геодезия, тензор деформаций, векторы сдвижений, мониторинг, районирование
DOI: 10.15372/FTPRPI20240209
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Балек А. Е., Харисов Т. Ф., Авдеев А. Н. Обоснование оптимального порядка отработки рудной залежи в условиях высоких напряжений и низкой прочности массива // Горн. журн. — 2023. — № 3. — С. 55 – 65.
2. Галченко Ю. П. Интегральная экологическая оценка геомеханического состояния литосферы при устойчивом развитии минерально-сырьевого комплекса // Горн. журн. — 2024. — № 1. — С. 4 – 8.
3. Сашурин А. Д. Геомеханика в горном деле: фундаментальные и прикладные исследования // Горн. журн. — 2012. — № 1. — С. 29 – 32.
4. Коновалова Ю. П. Особенности учета геодинамических факторов при выборе безопасных площадок размещения ответственных объектов недропользования // Горн. журн. — 2018. — № 6. — С. 6 – 17.
5. Коновалова Ю. П., Ручкин В. И. Оценка влияния короткопериодных геодинамических движений на напряженно-деформированное состояние массива горных пород // ГИАБ. — 2020. — № 3-1. — С. 90 – 104.
6. Сашурин А. Д. Формирование напряженно-деформированного состояния иерархически блочного массива горных пород // Проблемы недропользования. — 2015. — № 1 (4). — С. 38 – 44.
7. Кочарян Г. Г., Куликов В. И., Павлов Д. В. О влиянии массовых взрывов на устойчивость тектонических разломов // ФТПРПИ. — 2019. — № 6. — С. 49 – 58.
8. Панжин А. А. Пространственно-временной геодинамический мониторинг на объектах недропользования // Горн журн. — 2012. — № 1. — С. 39 – 43.
9. Проведение геомеханических исследований по определению закономерностей развития напряженно-деформированного состояния приконтурного массива и в бетонной крепи ствола “Скиповой” в процессе начального этапа строительства в интервале до 700 м // Отчет о НИР / ИГД УрО РАН. — Екатеринбург, 2016. — 152 с.
10. Панжин А. А., Ручкин В. И. Диагностика современной геодинамической активности массива на шахтах Донского ГОКа // Маркшейдерия и недропользование. — 2013. — № 6 (68). — С. 32 – 35.
11. Колмогоров В. Г., Мазуров Б. Т., Панжин А. А. Алгоритм оценки дивергенции векторных полей движений земной поверхности по геодезическим данным // Геодезия и картография. — 2018. — Т. 79. — № 10. — С. 46 – 53.
12. Панжин А. А. Исследование короткопериодных деформаций разломных зон верхней части земной коры с применением систем спутниковой геодезии // Маркшейдерия и недропользование. — 2003. — № 2. — С. 43 – 54.
13. Panzhin A. and Panzhina N. Monitoring of the stress-strain state of open pits' adjacent rock mass, E3S Web of Conf., 2020, Vol. 192. — 04017.
14. Фялковский А. Л. Обработка данных при геодезическом мониторинге динамических объектов с использованием ГНСС // Инж. изыскания. — 2017. — № 9. — С. 42 – 52.
15. Балек А. Е., Харисов Т. Ф. Выявление геодинамически активных блоковых структур в массивах горных пород // ГИАБ. — 2021. — № 5-2. — С. 30 – 41.
16. Озорнин И. Л., Балек А. Е., Харисов Т. Ф. Формирования нагрузок на крепь шахтных стволов в иерархически блочной среде под влиянием современных геодинамических движений // ГИАБ. — 2020. — № 3-1. — С. 161 – 169.
17. Мельник В. В. Решение проблемы повышенной обводненности руды при ведении очистных работ на шахте “Десятилетие независимости Казахстана” (ДНК) // Проблемы недропользования. — 2021. — № 2 (29). — С. 17 – 26.
18. Тарасов В. В., Аптуков В. Н. Мониторинг деформации бетонной крепи шахтных стволов с помощью лазерного сканирования // ФТПРПИ. — 2022. — № 5. — С. 188 – 195.
19. Балек А. Е. Явление самоорганизации деформационных полей массивов горных пород и его использование при решении задач геомеханики // Проблемы недропользования. — 2016. — № 4 (11). — С. 90 – 96.
РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД
УДК 622.02
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЫСВОБОЖДЕНИЯ ЭНЕРГИИ ПРИ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ ОБРАЗЦОВ УГЛЯ И ИХ СВЯЗЬ С УДАРООПАСНОСТЬЮ
Фань Дэвэй, Ван Айвэнь, Пань Ишань, Кун Линхай, Чжао Шанькунь, Люй Кунь
Институт аварийной геомеханики, Ляонинский университет,
E-mail: waw_lnt@126.com, 110036, г. Шэньян, Китай
Колледж инженерной экологии, Ляонинский университет,
110036, г. Шэньян, Китай
Ляонинский технический университет,
123000, г. Фусинь, Китай
Компания “Сoal Science and Technology Research Institute Co., Ltd”, Китай
Для исследования факторов, определяющих риск горного удара в подземных выработках, выполнено одноосное нагружение образцов угля при различных температурных условиях. Рассмотрены параметры высвобождения энергии нагретого угля, изменение физико-химических свойств, характер образования трещин при различных нагрузках. Рассчитаны и проанализированы изменения термомеханического состояния образцов угля и выявлены критические условия для системы “уголь – порода” при нагреве. Изучение параметров высвобождения энергии угля при увеличении температуры позволит заложить теоретические основы для комплексного контроля за динамическими событиями и для предотвращения катастроф в глубоких угольных шахтах.
Образцы угля, термомеханическое нагружение, склонность угля к горному удару и высвобождению энергии, характер образования трещин, угольный массив
DOI: 10.15372/FTPRPI20240210
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Xie H. P., Zhang R., Zhang Z. T., Gao M. Z., Li C. B., He Z. Q., Li C., and Liu T. Reflections and explorations on deep earth science and deep earth engineering technology, J. China Coal Soc., 2023, Vol. 48, No. 11. — P. 3959 - 3978.
2. Xia K. W., Wang S., Xu Y., Chen R., and Wu B. B. Advances in experimental studies for deep rock dynamics, Chin. J. Rock Mech. Eng., 2021, Vol. 40, No. 03. — P. 448 – 475.
3. Xie H. P., Zhou H. W., Xue D. J., Wang H. W., Zhang R., and Gao F. Research and consideration on deep coal mining and critical mining depth, J. China Coal Soc., 2012, Vol. 37, No. 4. — P. 535 – 542.
4. Pan Y. S., Yang Y., Luo H., Li Z. H., and Zhu X. J. Experimental study on the mechanical charge induction law of the coal bumping proneness, J. Saf. Environ., 2018, Vol. 18, No. 1. — P. 119 – 123.
5. Yin Y. C., Zhao T. B., Li H. T., Tang X. X., and Zhu Y. H. Bursting proneness test and evaluation index analysis of coal under different loading stiffness, Chin. J. Rock Mech. Eng., 2023, Vol. 42, No. 10. — P. 1 – 11.
6. Zhao T. B., Yin Y. C., Tan Y. L., Xing M. L., Tang X. X., and Li C. C. Development of a rock testing system with changeable stiffness and its application in the study on the rock failure mechanical behavior, Chin. J. Rock Mech. Eng., 2022, Vol. 41, No. 9. — P. 1846 - 1857.
7. Sun R. D., Zhang C. J., Li H. P., and Jia B. B. Study on the influence of multi-scale effect on coal bursting proneness, Coal Sci. and Technol., 2022, Vol. 50, No. S2. — P. 170 - 179.
8. Ren J. X., Jing S. A., and Zhang K. Study on failure mechanism and acoustic emission characteristics of outburst proneness coal rock under dynamic and static loading, Coal Sci. and Technol., 2021, Vol. 49, No. 3. — P. 57 - 63.
9. Zhang G. H., Deng Z. G., Jiang J. J., Li S. G., Mo Y. L., Wang J. D., and Ma B. W., Acoustic emission characteristics of coal with strong impact proneness under different loading modes, J. Min. and Safety Eng., 2020, Vol. 37, No. 5. — P. 977 - 982.
10. Chen G. B., Li T., Zhang G. H., Li J. W., Liu G., He Y. L., and Li Y. Determination of bursting proneness of coal-rock combined body based on residual energy release rate index, Chin. J. Rock Mech. Eng., 2023, Vol. 42, No. 6. — P. 1366 - 1383.
11. Liu X. F., Wang X. R., Wang E. Y., Kong X. G., Zhang C., Liu S. J., and Zhao E. L. Effects of gas pressure on bursting proneness of coal under uniaxial conditions, J. Nat. Gas Sci. Eng., 2017, Vol. 39. — P. 90 - 100.
12. Wang P., Jia H. J., and Zheng P. Q. Sensitivity analysis of bursting proneness for different coal-rock combinations based on their inhomogeneous characteristics, Geomat. Nat Hazards Risk., 2020, Vol. 11, No. 1. — P. 149 - 159.
13. Gong F. Q., Zhao Y. J., Wang Y. L., and Peng K. Research progress of coal bursting proneness indices and coal burst “human – coal – environment” three elements mechanism, J. China Coal Soc., 2022, Vol. 47, No. 5. — P. 1974 - 2010.
14. Qi Q. X., Pan Y. S., Li H. T., Jiang D. Y., Shu L. Y., Zhao S. K., Zhang Y. J., Pan J. F., Li H. Y., and Pan P. Z. Theoretical basis and key technology of prevention and control of coal-rock dynamic disasters in deep coal mining, J. China Coal Soc., 2020, Vol. 45, No. 5. — P. 1567 - 1584.
15. Luo H., Yu J. K., Pan Y. S., Wang J. L., and Zhang Y. Electric charge induction law of coal rock containing gas with bursting tendency during loading failure process, J. China Coal Soc., 2020, Vol. 45, No. 2. — P. 684 – 694.
16. Li L., Li H. Y., Li F. M., Qi Q. X., Sun Z. X., Mo Y. L., and Liu X. Experimental study of the effect of bedding angle on hard coal bursting proneness, J. Min. Saf. Eng., 2019, Vol. 36, No. 5. — P. 987 - 994.
17. Zhu Z. J., Yao Z. H., Wang L. G., Han J., and Wu Y. L. Experimental study on the influence mechanism of cracks distribution on coal-rock bursting proneness, J. Min. Saf. Eng., 2023, Vol. 40, No. 3. — P. 554 - 562.
18. Zhu Z. J., Li R. Q., Tang G. S., Han J., Wang L. G., and Wu Y. L. Research on energy dissipation characteristics and coal burst tendency of fissured coal mass, Coal Sci. Technol., 2023, Vol. 51, No. 5. — P. 32 - 44.
19. Wang A. W., Gao Q. S., and Pan Y. S. Experimental study of rock burst prevention mechanism of bursting proneness reduction ? deformation control ? energy dissipation based on drillhole in coal seam, Rock Soil Mech., 2021, Vol. 42, No. 5. — P. 1230 - 1244.
20. Wang A. W., Gao Q. S., Pan Y. S., Song Y. M., and Li L. Bursting proneness and energy dissipation laws of prefabricated borehole coal specimens, J. China Coal Soc., 2021, Vol. 46, No. 3. — P. 959 - 972.
21. Yin Y. C., Chen B., Zhang Y. B., He S. D., Yao C. R., and Liu C. C. Experimental study and evaluation on the weakening of bursting proneness of coal with boreholes, Eng. Failure Anal., 2023, Vol. 155. — P. 107754.
22. Hu G. Z., Wang C. B., Xu J. L., Wu X. F., and Qin W. Experimental investigation on decreasing burst tendency of hard coal using microwave irradiation, J. China Coal Soc., 2021, Vol. 46, No. 2. — P. 450 - 465.
23. Tang M. Y. Experimental study on the influence of high temperature on the mechanical properties of deep coal and rock, Coal Mine Mode., 2023, Vol. 32, No. 5. — P. 51 - 55.
24. Kong B., Zhong J. H., Lu W., Hu X. M., Xin L., Zhang B., Zhang X. L., and Zhuang Z. D. Study on the change pattern of acoustic emission signal and generation mechanism during coal heating and combustion process, Coal Sci. Technol., 2023. — P. 1 - 8.
25. Wang X. Q., Ma H., Qi X. H., Gao K., and Li S. N. Experimental research on the correlation between thermal shock coal micro-damage and energy response mechanism, J. Saf. Environ., 2023, Vol. 23, No. 2. — P. 458 - 466.
26. Honda H., Sanada Y., and Furuta T. Mechanical and thermal properties of heat treated coals, Carbon, 1966, Vol. 3, No. 4. — P. 421 - 428.
27. Jenkins R. G., Nandi S. P., and Walker P. L. Reactivity of heat-treated coals in air at 500 °C, Fuel, 1973, Vol. 52, No. 4. — P. 288 - 293.
28. Zhang Y. X. Rock Mechanics, China Architecture and Building Press, 2004.
29. Qi X. H., Ma H., Wang X. Q., Zhang Z. G., and Lv Y. C. Impacts of thermal shocks on meso-damage and mechanical properties of coal, China Saf. Sci. J., 2020, Vol. 30, No. 12. — P. 85 - 92.
30. Lu Z. G., Ju W. J., Gao F. Q., Yi K., and Sun Z. Y. Bursting proneness index of coal based on nonlinear storage and release characteristics of elastic energy, Chin. J. Rock Mech. Eng., 2021, Vol. 40, No. 8. — P. 1559 - 1569.
31. Xie H. P., Ju Y., and Li L. Y. Criteria for strength and structural failure of rocks based on energy dissipation and energy release principles, Chin. J. Rock Mech. Eng., 2005, Vol. 24, No. 17. — P. 3003 - 3010.
32. Lu W., Zhuang Z. D., Zhang W. R., Zhang C. F., Song S. L., Wang R. Q., and Kong B. Study on the pore and crack change characteristics of bituminous coal and anthracite after different temperature gradient baking, Energy and Fuels, 2021, Vol. 35, No. 23. — P. 19448 - 19463.
33. Pan Y. S. Disturbance response instability theory of rockburst in coal mine, J. China Coal Soc., 2018, Vol. 43, No. 8. — P. 2091 - 2098.
УДК 622.2
МОДЕЛИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРА ЭНЕРГОПОГЛОЩЕНИЯ УГОЛЬНОГО МАССИВА В ОКРЕСТНОМ ЗАБОЕ ПРИ УДАРНОЙ НАГРУЗКЕ
Сюй Ляньмань, Лэн Юаньхао, Ян Фэншо, Ли Хунбинь, Ма Юфэй, Ли На, Ван Хунян, Янь Вэйтин, Цзян Синьцзянь
Ляонинский университет,
E-mail: leng19961116@163.com, 110036, г. Шэньян, Китай
Компания “Inner Mongolia Yitai group Co.,Ltd”,
017000, г. Ордос, Китай
Ляонинский технический университет,
123000, г. Фусинь, Китай
Разработана экспериментальная установка для определения энергопоглощения при испытании образцов угля на ударное сжатие. Получена корреляционная зависимость между удельным объемом скважины в образце и уровнем поглощения их энергии. Установлено, что изменение расположения двух-трех скважин в образце оказывает малое влияние на уровень поглощения энергии. Выявлено, что в пробуренном образце за счет концентрации напряжений вокруг скважин образуется большое количество микротрещин. При этом трещины в образцах с несколькими скважинами соединяются друг с другом, преобразуя энергию удара в разрушение и повышая способность угля к энергопоглощению.
Поглощение энергии угольным образцом, удельный объем скважин, забой, горный удар, ударная нагрузка
DOI: 10.15372/FTPRPI20240211
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Pan Yishan. Rock burst in coal mine [M], Beijing: Sci. Press, 2018.
2. Xu Lianman, Pan Yishan, Zeng Xianghua, Li Guozhen, Li Zhonghua. Study on the energy-absorbing cushion performance of roadway surrounding rock crushing zone, J. China Coal Soc., 2015, No. 6. — P. 1376 – 1382.
3. Qi Qingxin, Li Yizhe, Zhao Shankun, et al. Seventy years development of coal mine rockburst in China: establishment and consideration of theory and technology system, Coal Sci. Technol., 2019, Vol. 47, No. 9. — P. 1 – 40.
4. Pan Yishan, Xiao Yonghui, Luo Hao, et al. Study on safety of rockburst mine, J. China Coal Soc., 2023, Vol. 48, No. 5. — P. 1846 – 1860.
5. Pan Yishan, Dai Lianpeng. Theoretical formula of rock burst in coal mines, J. China Coal Soc., 2021, Vol. 46, No. 3. — P. 789 – 799.
6. Chen Tao, Ruan Xueyun, Wang Xiangyu, and Zhu Zhigang. Analysis of influence factors of drilling pressure relief in preventing rock burst, Coal Technol., 2023, Vol. 42, No. 1. — P. 119 – 123.
7. Jiang Yaodong, Pan Yishan, Jiang Fuxing, et al. State of the art review on mechanism and prevention coal bumps in China, J. China Coal Soc., 2014, Vol. 39, No. 2. — P. 205 – 213.
8. Ma Binwen, Deng Zhigang, Zhao Shankun, Li Shaogang. Analysis on mechanism and influencing factors of drilling pressure relief to prevent rock burst, Coal Sci. Technol., 2020, Vol. 48, No. 5. — P. 35 – 40.
9. Wang Aiwen, Gao Qianshu, Pan Yishan, et al. Bursting liability and energy dissipation laws of prefabricated borehole coal samples, J. China Coal Soc., 2021, Vol. 46, No. 3. — P. 959 – 972.
10. Zhang S., Li Y., Shen B , et al. Effective evaluation of pressure relief drilling for reducing rock bursts and its application in underground coal mines, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2019. — P. 147 – 156.
11. Li Xibing, Zhou Zilong, Ye Zhouyuan, et al. Study of rock mechanical characteristics under coupled static and dynamic loads, Chinese J. Rock Mech. Eng., 2008, No. 200, No.7. — P. 1387 – 1395.
12. Dai Bing, Shan Qiwei, Chen Ying, et al. Mechanical and energy dissipation characteristics of granite under cyclic impact loading, J. Central South University, 2022, Vol. 29, No. 1. — P. 116 – 128.
13. Li Chengjie, Xu Ying, Zhang Yuting, et al. Study on energy evolution and fractal characteristics of cracked coal-rock-like combined body under impact loading, Chinese J. Rock Mech. Eng., 2019, Vol. 38, No. 11. — P. 2231 – 2241.
14. Gong F., Yan J., Luo S., et al. Investigation on the linear energy storage and dissipation laws of rock materials under uniaxial compression, Rock Mech. Rock Eng., 2019, Vol. 52, No. 11. — P. 4237 – 4255.
15. Li Na. Research on the mechanism of coal seam borehole to prevent rock burst, Liaoning Technical University, 2022.
16. Ma Zhenqian, Jiang Yaodong, Li Yanwei, et al. Experimental study on the influence of loading rate and confining pressure on coal energy evolution, Chinese J. Geotech. Eng., 2016, Vol. 38, No. 11. — P. 2114 – 2121.
17. Zhao Yixin, Gong Shuang, Hhuang Yaqiong. Experimental study on energy dissipation characteristics of coal samples under impact loading, J. China Coal Soc., 2015, Vol. 40, No. 10. — P. 2320 – 2326.
18. Ping Qi, Ma Qinyong, Yuan Pu. Energy dissipation analysis of stone specimens in SHPB tensile test, J. Min. and Safety Eng., 2013, Vol. 30, No. 3. — P. 401 – 407.
19. Li Xibing, Gong Fengqiang, Gao Ke, et al. Test study of impact failure of rock subjected to one-dimensional coupled static and dynamic loads, Chinese J. Rock Mech. Eng., 2010, Vol. 29, No. 2. — P. 251 – 260.
20. Chen Yanlong, Li Ming, Pu Hai, et al. Experimental study on dynamic mechanical characteristics of coal specimens considering initial damage effect of cyclic loading, J. China Coal Soc., 2023, Vol. 48, No. 5. — P. 2123 – 2137.
21. Song Yimin, Zhang Yue, Xu Hailiang, et al. Temporal and spatial characteristics of displacement field of rock friction and sliding, Chinese J. Rock Mech. Eng., 2018, Vol. 37, No. 8. — P. 1777 – 1784.
22. Xu Hailiang, Ren Hehuan, Song Yimin. Experimental study on the characteristics of the temporal and spatial evolution of the source and the rupture mechanismof red sandstone under uniaxial compression, Experimental Mech., 2022, Vol. 37, No. 1. — P. 63 – 76.
23. Lv Xiangfeng, Zhu Chenli, Song Yimin, et al. Experimental study on the correlation between coal rock stability and deformation localization evolution, Chinese J. Rock Mech. Eng., 2021, Vol. 40, No. 12. — P. 2466 – 2476.
24. Song Yimin, Deng Linlin, Lv Xiangfeng, et al. Study of acoustic emission characteristics and deformation evolution during rock frictional sliding, Rock Soil Mech., 2019, Vol. 40, No. 8. — P. 2899 – 2906.
25. Song Yimin, Jiang Yaodong, Ma Shaopeng, et al. Evolution of deformation fields and energy in whole process of rock failure, Rock Soil Mech., 2012, Vol. 33, No. 5. — P. 1352 – 1356.
УДК 622.235 : 539.3
ВЛИЯНИЕ НАПРАВЛЕННОГО ВЗРЫВАНИЯ НА ТЕХНОЛОГИЮ РАЗРАБОТКИ И ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ МАССИВА НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ
С. Д. Викторов, В. М. Закалинский, И. Е. Шиповский, Р. Я. Мингазов
Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н. В. Мельникова РАН,
E-mail: victorov_s@mail.ru, Крюковский тупик, 4, 111020, г. Москва, Россия
Рассмотрена прогнозная концепция научно обоснованного решения задач горного производства на больших глубинах. Исследуется возможность развития решений соответствующих проблем и их инструментарий. Рассмотрены конструкции скважинного заряда в форме пучка сближенных скважинных зарядов с эффектом направленного действия взрыва, который достигается варьированием в широких пределах конфигурацией пучкового заряда. Альтернативные технические возможности бурения скважинных зарядов позволяют одну и ту же эквивалентную энергию по-разному рассредоточить в одинарные заряды большого диаметра и пучковые уменьшенного. Механизм взрывного процесса пучкового заряда существенно расширяет диапазон его применения, используя новые подходы при решении проблем горного производства на разных глубинах. Некоторые технологические аспекты систем разработки в различных горных породах представлены результатами моделирования численным методом сглаженных частиц нового подхода к взрывному воздействию. Получены предварительные оценочные результаты исследований в данном направлении.
Взрыв, пучковые заряды, конструкция скважинного заряда, проблемы горного производства, компьютерное моделирование, механика сплошной среды, законы сохранения, направленное взрывание
DOI: 10.15372/FTPRPI20240212
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Закалинский В. М., Шиповский И. Е., Мингазов Р. Я. Буровзрывные работы в сложных условиях // Взрывное дело. — 2022. — № 134-91. — С. 44 – 53.
2. Одинцев В. Н., Закалинский В. М., Лапиков И. Н., Мингазов Р. Я. Моделирование направленности взрывного взаимодействия сближенных зарядов // Взрывное дело. — 2022. — № 136-93. — С. 5 – 24.
3. Малышев Ю. Н., Трубецкой К. Н., Айруни А. Т. Фундаментальное прикладные методы решения проблемы метана угольных пластов. — М.: Изд-во Акад. горн. наук, 2000. — 519 с.
4. Закалинский В. М., Мингазов Р. Я., Шиповский И. Е. Влияние горно-технологических факторов на буровзрывные работы при разработке месторождений на большой глубине // Проблемы недропользования. — 2022. — № 2 (33). — С. 46 – 54.
5. Zhang J., Wu S., Song Z., et al. Study on the anti-scouring and energy absorption characteristics of coupled broken coal rock mass and packed STFs, Int. J. Rock Mech. Rock Eng., 2024. DOI:10.1007/s00603-023-03723-3.
6. Wang B. and Li H. Contribution of detonation gas to fracturing reach in rock blasting: insights from the combined finite-discrete element method, Computat. Particle Mechan., 2023. DOI:10.1007/s40571-023-00645-3.
7. Zhang L., Qi Q., Chen X., Zuo S., Deng K., Bi R., and Chai J. Impact of stimulated fractures on tree-type borehole methane drainage from low-permeability coal reservoirs, Minerals, 2022, Vol. 12, No. 8. — 940.
8. Haoyu Han, Daisuke Fukuda, Jianbin Xie, Ebrahim Fathi Salmi, Ewan Sellers, Hongyuan Liu, Huaming An, and Andrew Chan. Rock dynamic fracture by destress blasting and application in controlling rockbursts in deep underground, Comp. Geotech., 2023, Vol. 155. — 105228.
9. Курленя М. В., Сердюков С. В. Десорбция и миграция метана в термодинамически неравновесном угольном массиве // ФТПРПИ. — 2010. — № 1. — С. 61 – 68.
10. Балашова Т. А. Исследование влияния динамических нагрузок на интенсификацию десорбции метана и выбросоопасность пласта: дис. … канд. техн. наук. — Кемерово: КузГТУ, 1998.
11. Пат. 2783817 РФ. Способ нейтрализации влияния аномалий массива на горные разработки / В. Н. Захаров, С. Д. Викторов, В. М. Закалинский, И. Е. Шиповский, Р. Я. Мингазов, Б. Н. Поставнин, А. В. Дугарцыренов, А. А. Еременко // Опубл. в БИ. — 2022. — № 32. — 11 с.
12. Young G. B. C. Computer modelling and simulation of coalbed methane resources, Int. J. Coal Geol., 1998, Vol. 35. — P. 369 – 379.
13. Zhu W. C., Liu J., Sheng J. C., and Elsworth D. Analysis of coupled gas ?ow and deformation process with desorption and Klinkenberg effects in coal seams, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2007, Vol. 44, No. 7. — P. 971 – 980.
14. Connell L. D. Coupled ?ow and geomechanical processes during gas production from coal seams, Int. J. Coal Geol., 2009, Vol. 79, No. 1 – 2. — P. 18 – 28.
15. Noack K. Control of gas emissions in underground coal mines, Int. J. Coal Geol., 1998, Vol. 35. — P. 57 – 82.
16. Шиповский И. Е. Расчет хрупкого разрушения горной породы с использованием бессточного метода // Науковий вісник НГУ – НГУ. — 2014. — Вып. 1 (145). — С. 76 – 82.
УДК 622.83:539.4
МНОГОУРОВНЕВАЯ МОДЕЛЬ ОТРЫВНОГО РАЗРУШЕНИЯ ХРУПКИХ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ СЖАТИИ
В. Н. Одинцев, В. В. Макаров
Институт проблем комплексного освоения недр РАН,
Е-mail: Odin-VN@yandex.ru, Крюковский тупик, 4, 111020, г. Москва, Россия
Дальневосточный федеральный университет,
Е-mail: vlmvv@mail.ru, 690922, г. Владивосток, о. Русский, п. Аякс, 10, Россия
Предложена математическая модель трещины, учитывающая процессы разрыва структурных связей на микроуровне (в масштабе десятков микрон), мезоуровне (в масштабе миллиметров и сантиметров), а также взаимодействие структурных фрагментов на макроуровне (для трещин более десятков сантиметров). В модели использованы два геометрических критерия развития трещины, связанные со структурой породы и определяющие переход с одного масштабного уровня на другой. Решена задача о напряженно-деформированном состоянии упругой среды вблизи трещины при изменении ее длины и масштаба влияния. Оценивается предельно равновесное состояние трещины. Показано, что для трещины мезоуровня такое состояние является неустойчивым, поэтому мезотрещина может развиваться в динамическом режиме и в этом режиме должна прорасти на макроуровень. Достаточно протяженные макротрещины могут расти в режиме квазистатики, поскольку их развитие должно происходить за счет автономного продвижения концов.
Горные породы, микроструктура, напряженно-деформированное состояние, математическая модель, отрывное разрушение, трещина, устойчивость
DOI: 10.15372/FTPRPI20240213
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Fairhurst C. and Cook N. G. W. The phenomenon of rock splitting parallel to the direction of maximum compression in the neighbourhood of a surface, Proc. 1st Congress of the International Society of Rock Mechanics, Lisbon, 1966. — P. 687 – 692.
2. Horii H. and Nemat-Nasser S. Brittle failure in compression: splitting, faulting and brittle-ductile, transition, Phil. Trans. R. Soc. Lond. Ser. A, Math. Phys. Sci., 1986, Vol. 319. — P. 337 – 374.
3. Германович Л. Н., Дыскин А. В., Цырульников М. Н. О механизме дилатансии и столбчатого разрушения хрупких горных пород при одноосном сжатии // ДАН СССР. — 1990. — Т. 313. — № 1. — С. 58 – 63.
4. Одинцев В. Н. Отрывное разрушение массива скальных горных пород. — М.: ИПКОН РАН, 1996. — 166 с.
5. Hoek E. and Martin C. D. Fracture initiation and propagation in intact rock. A review, J. Rock Mech. Geotech. Eng., 2014, Vol. 6. — P. 287 – 300.
6. Гольдштейн Р. В., Осипенко Н. М. O разрушении при сжатии // Физ. мезомеханика. — 2018. — Т. 21. — № 3. — С. 86 – 102.
7. Ефимов В. П. Особенности разрушения образцов хрупких горных пород при одноосном сжатии с учетом характеристик зерен // ФТПРПИ. — 2018. — № 2. — С. 18 – 25.
8. Bobet A. and Einstein H. H. Fracture coalescence in rock-type materials under uniaxial and biaxial compression, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 1998, Vol. 35, No. 7. — P. 863 – 888.
9. Lee H. and Jeon S. An experimental and numerical study of fracture coalescence in pre-cracked specimens under uniaxial compression, Int. J. Solids Struct., 2011, Vol. 48, No. 6. — P. 979 – 999.
10. Zhou X. P., Bi J., and Qian Q. H. Numerical simulation of crack growth and coalescence in rock-like materials containing multiple pre-existing flaws, Int. J. Rock Mech. Rock Eng., 2015, Vol. 48, No. 3. — P. 1097 – 1114.
11. Yang S. Q., Liu X. R., and Jing H. W. Experimental investigation on fracture coalescence behavior of red sandstone containing two unparallel fissures under uniaxial compression, Int. J. Rock Mech. Min Sci., 2013, Vol. 63, No. 5. — P. 82 – 92.
12. Lan H., Martin С. D., and Hu B. Effect of heterogeneity of brittle rock on micromechanical extensile behavior during compression loading, J. Geophys. Res., 2010, Vol. 115. — B01202.
13. Wang М. and Cai М. Numerical modeling of time-dependent spalling of rock pillars, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2021, Vol. 141. — 104725.
14. Jimenez Pique E. R. A. Fracture process zone of quasi-brittle materials: a model material approach. Phd Thesis 1 (Research TU/e / Graduation TU/e), Chem. Eng. Chemistry, Technische Universiteit Eindhoven, 2002.
15. Nikitin L. V. and Odintsev V. N. A dilatancy model of tensile macrocracks in compressed rock, Fatigue and Fracture of Eng. Materials & Structures, 1999, Vol. 22, No. 11. — P. 1003 – 1009.
16. Tarokh A., Makhnenko R. Y., Fakhimi A., and Labuz J. F. Scaling of the fracture process zone in rock, Int. J. Fract., 2017, Vol. 204. — P. 191 – 204.
17. Bazant Z. P. and Kazemi M. T. Determination of fracture energy, process zone length and brittleness number from size effect, with application to rock and concrete, Int. J. Fracture, 1990, Vol. 44. — P. 111 – 131.
18. Guo M., Alam S. Y., Bendimerad A. Z., Grondin F., Roziere E., and Loukili A. Fracture process zone characteristics and identification of the micro-fracture phases in recycled concrete, Eng. Fracture Mech., 2017, Vol. 181. — P. 101 – 115.
19. Ghamgosar M. and Erarslan N. Experimental and numerical studies on development of fracture process zone (FPZ) in rocks under cyclic and static loadings, J. Rock Mech. Rock Eng., 2016, Vol. 49. — P. 893 – 908.
20. Muralidhara S., Raghu Prasad B. K., Eskandari H., and Karihaloo B. L. Fracture process zone size and true fracture energy of concrete using acoustic emission, Construction Building Materials, 2010, Vol. 24. — P. 479 – 486.
21. Janssen C., Wagner F. C., Zang A., and Dresen F. Fracture process zone in granite: a microstructural analysis, Int. J. Earth Sci. (Geol. Rundsch.), 2001, Vol. 90. — P. 46 – 59.
22. Golosov A., Lubimova O., Zhevora M., Markevich V., and Siskov V. Data processing method for experimental studies of deformation in a rock sample under uniaxial compression, E3S Web of Conf. (EDP Sciences), 2019, Vol. 129. — 01018.
23. Makarov V. V., Ksendzenko L. S., Golosov A. M., and Opanasiuk N. A. Mesocracking structures of the ‘source type' in highly stressed rocks, Proc. Eighth Int. Conf. Deep and High Stress Mining, Perth, Australian Centre for Geomechanics, 2017, Vol. 2. — P. 403 – 413.
24. Liu D., Wang S., and Li L. Investigation of fracture behaviour during rock mass failure, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2000, Vol. 37. — P. 489 – 497.
25. Backers T. Fracture toughness determination and micromechanics of rock under mode I and mode II loading, Potsdam, GeoForschungsZentrum, 2004, Technical Report STR 05/05.
26. Dugdale D. Yielding of steel sheets containing slits, J. Mechan. Phys. Sol., 1960, Vol. 8, No. 2. — P. 100 – 104.
27. Панасюк В. В. Предельное равновесие хрупких тел с трещинами. — Киев: Наук. думка, 1968. — 246 с.
28. Hansen-Dorr A. C., Damma? F., De Borst R., and Kastner M. Phase-field modeling of crack branching and deflection in heterogeneous media, Eng. Fracture Mech., 2020, Vol. 232. — 107004.
29. Kuhn Ch. and Muller R. Phase field modeling of interface effects on cracks in heterogeneous materials, PAMM. Proc. Appl. Math. Mech., 2019, Vol. 19. — e201900378.
30. Менжулин М. Г. Модель фазовых переходов на поверхностях трещин при разрушении горных пород // Физ. мезомеханика. — 2008. — Т. 11. — № 4. — С. 75 – 80.
31. Мусхелишвили Н. И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. — М.: Наука, 1966. — 708 с.
32. Макаров В. В., Одинцев В. Н. Структурная иерархия блочной геосреды // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2023. — Т. 10. — № 2. — С. 47 – 52.
33. Викторов С. Д., Кочанов А. Н., Одинцев В. Н., Осокин А. А. Эмиссия субмикронных частиц при деформировании горных пород // Изв. РАН. Серия физическая. — 2012. — Т. 76. — № 3. — С. 388.
34. Викторов С. Д., Осокин А. А., Шляпин А. В. Основы метода регистрации эмиссии субмикронных частиц для прогнозирования катастрофических явлений при добыче полезных ископаемых подземным способом // ФТПРПИ. — 2017. — № 5. — С. 181 – 185.
ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
УДК 622.693
ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ЗАКЛАДКЕ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА ПРИ ОТРАБОТКЕ ГЛУБОКОЗАЛЕГАЮЩИХ ПЛАСТОВ СИЛЬВИНИТА
М. В. Рыльникова, Р. В. Бергер, И. В. Яковлев, В. И. Татарников, П. О. Зубков
Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н. В. Мельникова РАН,
E-mail: rylnikova@mail.ru, Крюковский тупик, 4, 111020, г. Москва, Россия
Для снижения параметров деформирования горных пород, склонных к пучению и пластическому деформированию, развитию гео- и газодинамических явлений, предложена технология формирования консолидированного закладочного массива на основе солеотходов и оборотного рассола обогатительной фабрики с расходом его в пределах границы влагоотдачи. Выполнен комплекс лабораторных исследований по поиску составов закладочной смеси, адаптированных к условиям разработки глубокозалегающих калийных месторождений с оценкой их деформационных и прочностных характеристик. Представлены новые принципы и технико-технологические решения по доставке закладочных материалов и извлечению запасов глубокозалегающих пластов сильвинита путем создания в очистном подземном пространстве горнотехнических конструкций, обеспечивающих формирование консолидированных закладочных массивов с коэффициентом заполнения выработанного пространства, близким к единице. Это позволит увеличить извлечение сильвинита за счет частичной отработки запасов междукамерных и барьерных целиков.
Месторождение калийных солей, глубокое залегание, полнота освоения, нелинейное деформирование, консолидированная закладка, закладочная смесь, технология формирования закладочного массива, доставка компонентов, логистика
DOI: 10.15372/FTPRPI20240214
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Левкевич Р. Е., Сенотрусова С. В. Производство минеральных удобрений в России: тенденции развития отрасли // Инновации и инвестиции. — 2023. — № 8.
2. Тибилов Д. П., Домахина Ю. А. Развитие потенциала добычи калийных руд, производства сульфатных удобрений на территории Калининградской области и реализации сульфата калия на мировом рынке // Экономика промышленности. — 2020. — Т. 13. — № 2. — С. 225 – 232.
3. Антипин Д. А. Проблемы и перспективы рынка калийных удобрений в России и за рубежом // Скиф. — 2021. — № 3 (55).
4. Natural Resources Canada: Potash facts. URL: https://www.nrcan.gc.ca/our-natural-resources/minerals-mining/minerals-metalsfacts/potash-facts/20521.
5. Sfgate: The Advantages of Potassium Fertilizer. URL: homeguides.sfgate.com/advantages-potassium-fertilizer-75526.html.
6. Заяц Е. Ю. Прогноз развития калийного рынка // Проблемы управления (Минск). — 2014. — № 4 (53). — С. 89 – 94.
7. Нуров Р., Гурбанова О., Аннаев Г., Нуров А. Роль химии в сельском хозяйстве // Cognitio Rerum. — 2024. — № 1. — С. 34 – 37.
8. Крупник Л. А., Шапошник Ю. Н., Шапошник С. Н., Турсунбаева А. К. Технология закладочных работ на горнодобывающих предприятиях Республики Казахстан // ФТПРПИ. — 2013. — № 1. — С. 95 – 105.
9. Рыльникова М. В., Яковлев И. В., Сахаров Е. М., Бергер Р. В. Обоснование структуры и параметров логистической схемы подземного рудника при разработке глубокозалегающих месторождений калийных солей системами с закладкой выработанного пространства // Горн. пром-сть. — 2023. — № 2. — С. 134 – 139.
10. Радченко Д. Н., Бергер Р. В., Татарников В. И., Зубков П. О. Экспериментальное исследование характера и последствий взаимодействия соляных пород с гидрозакладочными рассолами при подземной разработке месторождений калийных солей // Маркшейдерия и недропользование. — 2023. — № 6 (128). — С. 60 – 67.
11. Pinkse T., Quensel R., Lack D., Zimmermann R., Fliss T., Scherzberg H., Marx H., Niessing S., Deppe S., Eichholtz M., and Waldmann L. Introducing a new approach for the stowage of waste brines from potash mines of the werra district in Germany as a measure to ensure the safe and sustainable continuation of potash extraction and processing, Conf. Int. Mine Water Association “Mine water: Technological and Ecological Challenges”, Russia, Perm, 2019.
12. Горное дело. Терминологический словарь / авторы-сост. А. В. Атрушкевич, Т. Н. Бочкарева, В. С. Забурдяев. — М.: Горная книга, 2016. — 635 с.
13. Каплунов Д. Р., Радченко Д. Н. Выработанные пространства недр: принципы многофункционального использования в полном цикле комплексного освоения месторождений твердых полезных ископаемых // Горн. журн. — 2016. — № 5. — С. 28 – 33.
14. Закладочные работы в шахтах. — М.: Недра, 1989. — 398 c.
15. Справочник по разработке соляных месторождений / под ред. Р. С. Пермякова. — М.: Недра, 1986. — 212 с.
ГОРНАЯ ИНФОРМАТИКА
УДК 53.05 + 539.3
МОДЕЛЬ ПРОГНОЗА ПРИРОДНОГО ПОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ПЛОТНОМ ПЕСЧАНИКЕ НА ОСНОВЕ АЛГОРИТМА МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ XGBOOST
Ду Тун, Ли Юйвэй
Ляонинский университет,
Е-mail: liyuweibox@126.com, 110036, г. Шэньян, Китай
Алгоритм машинного обучения XGBoost используется для оценки природного поля напряжений. С применением метода корреляции Пирсона установлено, что характерными параметрами каротажа, наилучшим образом коррелирующими с минимальным значением горизонтального (тектонического) напряжения, являются данные спектрального гамма-каротажа, глубокого каротажа, индукционного каротажа, акустического каротажа, глубина залегания и содержание в породе кальция, а с максимальным значением горизонтального (тектонического) напряжения — глубина, данные спектрального гамма-каротажа, каротажа самопроизвольной поляризации, кавернометрии и плотностного каротажа. Результаты модели XGBoost сравнивались с моделью линейной регрессии, моделью опорных векторов и моделью случайного леса. Для проверки общей способности модели выполнена k-блочная перекрестная валидация. Показано, что алгоритм XGBoost позволяет прогнозировать природные напряжения в породе на основе малого объема исходных данных с точностью 94 % и высоким уровнем генерализации данных. Модель линейной регрессии обладает наибольшей скоростью расчета и минимальной точностью прогнозирования. Модели опорных векторов и случайного леса показали приемлемую точность. Полученные с помощью алгоритма XGBoost результаты универсальны и могут использоваться при решении проблем, связанных с прогнозированием природного поля напряжений в горных породах.
Природное поле напряжений, алгоритм XGBoost, плотный песчаник, машинное обучение
DOI: 10.15372/FTPRPI20240215
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Bai X., Zhang D., Wang H., Li S., and Rao Z. A novel in situ stress measurement method based on acoustic emission Kaiser effect: A theoretical and experimental study, Royal Soc. Open Sci., 2018, Vol. 5, No. 10. — P. 488 – 504.
2. Ma N. Study on method and application of geostress prediction with seismic data, China University of Petroleum, East China, 2020.
3. Ito T., Funato A., Lin W., Doan M., Boutt D. F., Kano Y., Ito H., Saffer D., McNeill L. C., Byrne T., and Moe K. T. Determination of stress state in deep subsea formation by combination of hydraulic fracturing in situ test and core analysis: A case study in the IODP expedition 319, J. Geoph. Res.: Solid Earth, 2013, Vol. 118, No. 3. — P. 1203 – 1215.
4. Chang C., Jo Y., Oh Y., Lee T. J., and Kim K. Y. Hydraulic fracturing in situ stress estimations in a potential geothermal site, Seokmo Island, South Korea, J. Rock Mech. Rock Eng., 2014, Vol. 47, No. 5. — P. 1793 – 1808.
5. Qin X., Chen Q., Wu M., Tan C., Feng C., and Meng W. In situ stress measurements along the Beichuan – Yingxiu fault after the wenchuan earthquake, Eng. Geol., 2015, Vol. 194. — P. 114 – 122.
6. Zhao X. G., Wang J., Cai M., Ma L. K., Zong Z. H., Wang X. Y., Su R., Chen W. M., Zhao H. G., Chen Q. C., An Q. M., Qin X. H., Ou M. Y., and Zhao J. S. In situ stress measurements and regional stress field assessment of the Beishan area, China, Eng. Geol., 2013, Vol. 163. — P. 26 – 40.
7. Han Z., Wang C., Wang C., Zou X., Jiao Y., and Hu S. A proposed method for determining in situ stress from borehole breakout based on borehole stereo-pair imaging technique, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2020, Vol. 127. — 104215.
8. Thorsen K. In situ stress estimation using borehole failures — even for inclined stress tensor, J. Petroleum Sci. Eng., 2011, Vol. 79, No. 3 – 4. — P. 86 – 100.
9. Bai X., Zhang D., Wang H., Li S., and Rao Z. A novel in situ stress measurement method based on acoustic emission Kaiser effect: A theoretical and experimental study, Royal Soc. Open Sci., 2018, Vol. 5, No. 10. — 181263.
10. Cai M. and Peng H. Advance of in situ stress measurement in China, J. Rock Mech. Geotech. Eng., 2011, Vol. 3, No. 4. — P. 373 – 384.
11. Liu S. and Harpalani S. Evaluation of in situ stress changes with gas depletion of coalbed methane reservoirs, J. Geoph. Res., Solid Earth, 2014, Vol. 119, No. 8. — P. 6263 – 6276.
12. Ge X. and Hou M. Principle of in situ 3D rock stress measurement with borehole wall stress relief method and its preliminary applications to determination of in situ rock stress orientation and magnitude in Jinping hydropower station, Sci. China Technol. Sci., 2012, Vol. 55, No. 4. — P. 939 – 949.
13. Tao Q. and Ghassemi A. Poro-thermoelastic borehole stress analysis for determination of the in situ stress and rock strength, Geothermics, 2010, Vol. 39, No. 3. — P. 250 – 259.
14. Sokol L., Melichar R., and Baron I. Present-day stress inversion from a single near-surface fault: A novel mathematical approach, J. Struct. Geol., 2018, Vol. 117. — P. 163 – 167.
15. Ljunggren C., Chang Y., Janson T., and Christiansson R. An overview of rock stress measurement methods, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2003, Vol. 40, No. 7 – 8. — P. 975 – 989.
16. Blanton T. L. The relation between recovery deformation and in situ stress magnitudes, SPE, 1983.
17. Ou Z., Li Z. J., Yang J. F., Wang T., and Zou M. Application research on Hoek – Brown criterion in initial ground stress field evaluation, Chinese J. Underground Space Eng., 2017, Vol. 13, No. 2. — P. 387 – 401.
18. Qiu B., Sengupta M., and Herwanger J. Stress induced seismic velocity anisotropy study, Soc. Exp. Geoph., 2010.
19. Ju W., Niu X. B., Feng S. B., You Y., Xu K., Wang G., and Xu H.-R. Predicting the present-day in situ stress distribution within the Yanchang formation Chang 7 shale oil reservoir of Ordos basin, Central China, Petroleum Sci., 2020, Vol. 17, No. 4. — P. 912 – 924.
20. Pan L., Liu H. J., Liu Y., and Li Y. J. Application of In-stress prediction technology based on seimic method in Nanchuan district, China Sciencepaper, 2021, Vol. 16, No. 1. — P. 38 – 43.
21. Huang J. X., Peng S. M., Wang X. J., and Xiao K. Applications of imaginglogging data in the research of fracture and ground stress, Acta Petrolei Sinica, 2006, Vol. 27, No. 6. — P. 65 – 69.
22. Liu J. W. Application of multipole acoustic logging data in hard formation of Liaohe oilfield, Geoscience, 2004, Vol. 18, No. 3. — P. 378 – 382.
23. Fu H. C., Qin W. Q., and Zhang L. Approach to in situ stress of carbonate reservoirs in eastern Lungu of Tarim basin with well logs, Xinjiang Petroleum Geol., 2005, Vol. 26, No. 4. — P. 424 – 425.
24. Lin Y. S., Ge H. K., and Wang S. C. Testing study on dynamic and static elastic parameters of rocks, Chinese J. Rock Mech. Eng., 1998, Vol. 17, No. 2. — P. 106 – 112.
25. Nian T., Wang G., Xiao C., Zhou L., Sun Y., and Song H. Determination of in situ stress orientation and subsurface fracture analysis from image-core integration: an example from ultra-deep tight sandstone (BSJQK formation) in the Kelasu belt, Tarim basin, J. Pet. Sci. Eng., 2016, Vol. 147. — P. 495 – 503.
26. Ju W. and Wang K. A preliminary study of the present-day in situ stress state in the Ahe Tight Gas Reservoir, Dibei Gasfield, Kuqa Depression, Marine Pet. Geol., 2018, Vol. 96. — P. 154 – 165.
27. Ferrero A. M., Migliazza M., Segalini A., and Gulli D. In situ stress measurements interpretations in large underground marble quarry by 3D modeling, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2013, Vol. 60. — P. 103 – 113.
28. Nemcik J., Gale W. J., and Fabjanczyk M. W. Methods of interpreting ground stress based on underground stress measurements and numerical modelling, Coal Operators' Conf., 2006.
29. Wang X. F., Tang S. H., Xie H., Li Z. C., and Huang J. H. Numerical simulation research on propagation of hydraulic fractures of coal reservoir in South Qinshui basin, Geoscience, 2012, Vol. 26, No. 3. — P. 527 – 532.
30. Zhang Y. T. and Huang H. C. Trend analysis of residual stress distribution in rock mass, Shuili Xuebao, 1984, Vol. 4. — P. 31 – 38.
31. Karatela E. and Taheri A. Localized stress field modelling around fractures using three-dimensional discrete element method, J. Pet. Sci. Eng., 2018, Vol. 171. — P. 472 – 483.
32. Feng P., Li S., Tang D. Z., Chen B., and Zhong G. H. Application of support vector machine in prediction of coal seam stress, Geoscience, 2022, Vol. 36, No. 5. — P. 1333 – 1340.
33. Shang F. H., Wang W. Q., and Cao M. J. Shale In-situ stress prediction model based on improved BP neural Network, Computer Technol. Development, 2021, Vol. 31, No. 7. — P. 164 – 170.
34. Li Y. W., Li Y. W., Shao L. F., Tian F. C., and Tang J. Z. A new physics-informed method for the fracability evaluation of shale oil reservoirs, Coal Geol. Exp., 2023, Vol. 51, No. 10. — P. 37 – 51.