№82-8
Методика дослідження напружено-деформованого стану масиву аналітичними методами при переході з технологій відкритого видобутку на технології відкрито-підземного видобутку залізорудної сировини
О.Л. Шепель1 https://orcid.org/0000-0003-4581-5441
1Криворізький національний університет, Кривий Ріг, Україна
Coll.res.pap.nat.min.univ. 2025, 82:95-106
Full text (PDF)
https://doi.org/10.33271/crpnmu/82.095
АНОТАЦІЯ
Мета. Дослідження геомеханічного стану масиву для обґрунтування стійкості бортів кар’єру та підземних робіт при переході з відкритого на комбінований видобуток.
Методологія. Застосовано комплексний підхід: аналітичне узагальнення та систематизація існуючих наукових праць з геомеханіки, гірничої справи та математичного моделювання; аналіз фізико-механічних властивостей неоднорідних гірських порід; метод скінченних елементів для створення моделей; регресійний аналіз.
Результати досліджень. Встановлено, що обрана методика досліджень напружено-деформованого стану при комбінованому видобутку дозволяє ефективно моделювати та візуалізувати задачі для прийняття інженерних рішень. Доведено, що дослідження напружено-деформованого стану гірничого масиву доцільно виконувати класичними методами математичного моделювання, а саме методом кінцевих елементів. Представлення результатів у вигляді ізоліній є наочним, оскільки дозволяє швидко визначати межі зон напружень, ідентифікувати найбільш навантажені та розвантажені ділянки масиву, а також оцінити взаємний вплив відкритих і підземних робіт. Це є ключовим для оцінки стійкості та прийняття проєктних інженерних рішень.
Наукова новизна. Виконаними дослідженнями кількісно обґрунтовано залежність величини максимальних напружень в гірському масиві під дном кар’єру від глибини розташування майбутніх підземних очисних камер. Вперше для даних умов встановлено експоненціальну залежність з високим коефіцієнтом детермінації. Встановлено закономірність, що щільне розташування ізоліній головних стискаючих напружень навколо контуру очисних камер, особливо біля кутів та по центру покрівлі, є наслідком формування «арок напружень».
Практичне значення. Результати досліджень дозволяють науково обґрунтувати параметри та послідовність гірничих робіт під час переходу з відкритої на підземну розробку. Це мінімізує ризики обвалення, забезпечує стійкість бортів кар’єру та підвищує безпеку робіт у зоні суміщення.
Ключові слова: відкрита, комбінована, підземна, комплексна розробка, руда, магнетитові кварцити, напружено-деформований стан.
Перелік посилань
1. Stupnik, M.I., Kalinichenko, V.O., Kalinichenko, O.V., Muzika, I.O., Fed'ko, M.B., & Pis'menniy, S.V. (2015). The research of strain-stress state of magnetite quartzite deposit massif in the condition of mine “Gigant-Gliboka” of central iron ore enrichment works (CGOK). Metallurgical and Mining Industry, (7), 377–382.
2. Ступнік, М.І., & Калініченко, В.О. (2013). Проблеми моніторингу денної поверхні в полях закритих і діючих шахт Криворізького залізорудного басейну. Збірник наукових праць Науково-дослідного гірничорудного інституту, (54), 17–22.
3. Ступнік, М.І., Калініченко, В.О., Калініченко, О.В., Музика, І.О., Федько, М.Б., & Письменний, С.В. (2015). Дослідження напружено-деформованого стану гірського масиву покладу магнетитових кварцитів в умовах шахти «Гігант-Глибока» ПАТ «ЦГЗК». Metallurgicheskaya i gornorudnaya promishlennost, (5), 85–88.
4. Stupnik, N., & Kalinichenko, V. (2012). Parameters of shear zone and methods of their conditions control at underground mining of steep-dipping iron ore deposits in Kryvyi Rig basin. Geomechanical Processes during Underground Mining,25–28. https://doi.org/10.1201/b13157-5.
5. Rymarchuk, B.I., Shepel, O.L., &Khudyk, M.V. (2017). Expediency of application of the vertical concentrated charges to decrease losses of ore on a lying wall of deposits. Naukovyi visnyk Natsionalnohоhirnychoho universytetu, (3), 32–37. http://www.irbis-nbuv.gov.ua.
6. Shekhunova, S., & Kril, T. (2021). Risk analysis for prevention emergencies in post-mining areas. 15th International Conference Monitoring of Geological Processes and Ecological Condition of the Environment. https://doi.org/10.3997/2214-4609.20215k2068.
7. Фролов, О. О., & Бельтек, М. І. (2022). Дослідження впливу тріщинуватості скельного гірського масиву на коефіцієнт структурного ослаблення. Технічна інженерія, 2(90), 183–192. https://doi.org/10.26642/ten-2022-2(90)-183-192.
8. Фролов, О. О., Бельтек, М. І., & Косенко, Т. В. (2025). Обґрунтування вибору моделі вибухового руйнування скельного гірського масиву в програмному середовищі Ansys autodyn. Технічна інженерія, 2 (94), 283–290. https://doi.org/10.26642/ten-2024-2(94)-283-290.
9. Калініченко, О.В. (2018). Дослідження напружено-деформованого стану масиву математичними методами. Вчені записки ТНУ імені В.І. Вернадського: Розробка корисних копалин, (29, 68, №5, 2), 133–137.
10. Tomova, M. (2024). Geophysical Methods for Optimizing the Design and Construction of Underground Mining. 12th Congress of the Balkan Geophysical Society, 1–5. European Association of Geoscientists & Engineers. https://doi.org/10.3997/2214-4609.202449BGS28.
11. Tomova, M., & Kisyov, A. (2024). Applications and advantages of geophysical methods in underground mining. Annual of the University of Mining and Geology “St. Ivan Rilski”, (67), 184–188. https://doi.org/10.5281/zenodo.13762777.
12. Dong, G. (2012). Cross domain similarity mining. ACM SIGKDD Explorations Newsletter, 14(1), 43–47. https://doi.org/10.1145/2408736.2408744.
13. Guarascio, M., Fabris, M., & Castelli, E. (2020). Numerical model simulation of the subsidence induced by solution mining cavities. FLAC and Numerical Modeling in Geomechanics, 233–240. https://doi.org/10.1201/9781003078531-34.
14. Settari, A., & Sen, V. (2007). The role of geomechanics in integrated reservoir modeling. The Leading Edge, 26(5), 622–627. https://doi.org/10.1190/1.2737102.
15. Nguyen, V.U. (1985). Some fuzzy set applications in mining geomechanics. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 22(6), 369–379. https://doi.org/10.1016/0148-9062(85)90002-6.
дата першого надходження статті до видання – 01.07.2025
дата прийняття до друку статті після рецензування – 02.08.2025
дата публікації (оприлюднення) – 03.09.2025
