Формирование зон неупругих деформаций на примере цифрового математического моделирования
Автор: Демин В.Ф., Валиев Н.Г., Ахматнуров Д.Р., Мусин Р.А., Замалиев Н.М.
Журнал: Горные науки и технологии @gornye-nauki-tekhnologii
Рубрика: Цифровые технологии и искусственный интеллект
Статья в выпуске: 1 т.11, 2026 года.
Бесплатный доступ
Комплексный учет геомеханических и структурных характеристик горного массива является обязательной основой для обеспечения безопасности и эффективности подземных горных работ. Критически важными параметрами, подлежащими включению в расчетные модели, выступают физико-механические и прочностные свойства пород, степень их трещиноватости, а также исходное и техногенно-измененное напряжённое состояние массива. Исследование направлено на геомеханическое обоснование параметров крепления подготовительных выработок в условиях развития пластических деформаций. Методическая база основана на сочетании теоретического анализа, численного моделирования методом конечных элементов в программном комплексе RS2 (Rocscience) и обобщения экспериментальных данных о свойствах вмещающих пород, что позволило детально проанализировать напряжённо-деформированное состояние массива на различных стадиях проведения горных работ, включая засечку новой выработки и её последующее развитие. В результате моделирования установлены пространственные границы зон деформирования: глубина развитых неупругих деформаций составляет 0,6–0,7 м от контура выработки, область упругопластического деформирования достигает 1,8–1,9 м. Анализ напряжённого состояния показал, что в зоне опорного давления перед забоем напряжения достигают 20,48 МПа, что на 25 % превышает природный уровень на глубине 600 м. С применением коэффициента запаса прочности FoS выявлены локальные участки с FoS < 1 в районе засечки, количественно подтверждающие необходимость усиления крепи. Полученные результаты позволяют сформировать научно обоснованный подход к прогнозированию геомеханического состояния массива и выбору рациональных параметров крепи, что способствует повышению устойчивости выработок, снижению объемов ремонтных работ и увеличению уровня промышленной безопасности при подземной разработке угольных месторождений.
Горное дело, подземные горные работы, горные выработки, крепь, параметры, геомеханика, геомеханические процессы, анкерная крепь, моделирование, аналитическое моделирование, напряжённо-деформированное состояние, горное давление, массив горных пород, методика, зависимости, метод конечных элементов
Короткий адрес: https://sciup.org/140314970
IDR: 140314970 | УДК: 622.281(574.32) | DOI: 10.17073/2500-0632-2025-07-1104
Formation of Inelastic Deformation Zones Based on Numerical Modeling
Comprehensive consideration of the geomechanical and structural characteristics of the rock mass is a prerequisite for ensuring the safety and effi ciency of underground mining operations. The key parameters that must be incorporated into computational models include the physical, mechanical and strength properties of rocks, their degree of fracturing, as well as the initial and mining-induced stress state of the rock mass. This study investigates geomechanical criteria for determining support parameters of development workings under conditions of plastic deformation. The methodological framework is based on a combination of theoretical analysis, fi nite element numerical modeling using the RS2 software package (Rocscience), and generalization of experimental data on the properties of host rocks. This approach enabled a detailed analysis of the stress-strain state of the rock mass at various stages of mining operations, including the roadway junction where a new roadway is driven from an existing excavation and its subsequent development. The modeling results established the spatial boundaries of deformation zones: the depth of developed inelastic deformation reaches 0.6–0.7 m from the excavation boundary, while the elastoplastic deformation zone extends to 1.8–1.9 m. Stress analysis showed that in the abutment pressure zone ahead of the excavation face, stresses reach values of 20.48 MPa, which is about 25% higher than the in-situ stress level at a depth of 600 m. Analysis of the Factor of Safety (FoS) revealed local zones with FoS < 1 in the junction zone, indicating the need for reinforcement of the support system. The results provide a scientifi cally substantiated basis for predicting the geomechanical state of the rock mass and for selecting rational support parameters, thereby improving excavation stability, reducing maintenance requirements, and enhancing industrial safety in underground coal mining.
