Изучение процессов образования вывалов вокруг подземных капитальных выработок на основе моделирования методом конечно-дискретных элементов. Анализ влияния направления трещиноватости и тектонических напряжений на формы и размеры вывалов. Составление рекомендаций по креплению и обеспечению устойчивости по итогам анализа.
Необходимость учета тектонических сил и трещиноватости при креплении выработок, пройденных в скальном массиве, признаётся всё большим количеством специалистов. Однако можно сказать, что данный вопрос остается непростым для практического решения и, на сегодня, освещен в регламентирующих документах недостаточно подробно.
В 2017 году с использованием PROROCK выполнена работа по моделированию вывалов для изучения влияния на устойчивость горных выработок горизонтально направленных тектонических сил и составления рекомендаций по креплению в условиях неравнокомпонентного напряженного состояния массива. Схема приложения нагрузок и направление трещин показана на следующем рисунке.
Величина kγH/σсж варьировалась в пределах от 0,2 до 1 и выше, где σсж — прочность массива на сжатие. На видео показан процесс обрушения при коэффициенте k = 0.9.
В моделях учтена трещиноватость горных пород через зависимость величин прочностных параметров трещинных элементов от направления их падения. По итогам работ изучены динамика, форма и размеры вывалов и сделаны рекомендации по креплению в следующей форме.
| kγH/σсж | Схема | Описание | Ориентировочный срок устойчивого стояния до начала деформаций | Рекомендуемые виды крепления |
| 0,2 |  |
На контуре и в массиве преобладают упругие деформации. В кровле и почве выработки наблюдается локальное образование трещин разрыва, вызванное действием растягивающих напряжений. Состояние массива – устойчивое. |
более 2,5 месяцев | единичные анкеры в ослабленных местах, набрызгбетонирование толщиной не более 5 см |
| 0,5 |  |
Развитие сдвиговых подвижек в кровле и стенках выработки происходит под действием напряжений только после некоторого времени стояния выработки в связи с уменьшением прочности до долговременной. Состояние массива – средней устойчивости. |
~10 суток | анкерное крепление по сетке (0,8…1) × (0,8…1) м, при необходимости – в сочетании с торкретбетоном толщиной 5 см |
| 0,7 |  |
Вследствие развития «срезающих» деформаций пород в виде тонких плиток небольшой площади разрушение прослеживается кровле и стенках выработки, Свод выработки приобретает ровную шатрообразную форму, наблюдается шелушение кровли выработки. Состояние массива – неустойчивое. |
~1,5 суток | набрызгбетон толщиной не менее10 см в сочетании с анкерным креплением и металлической сеткой или металлическая рамная крепь с шагом установки (0,5…0,7) × (0,5…7) м; |
| 0,9 |  |
Свод выработки шатрообразной формы, прослеживаются «сре-зающие» деформации пород в виде толстых плит выпукло-вогнутой формы. Отделение кусков от массива происходит в виде стреляний. Состояние массива – весьма неустойчивое. |
не более 1 часа | «Отстой» выработки после взрывных работ на срок не менее 5 суток. Крепление усиленной податливой и комбинированной крепью. |
Дополнительно к приведенной таблице выполняется анализ напряженного состояния на месторождении, после чего для каждой выработки, в зависимости от ее глубины и направления даются рекомендации по креплению. Благодаря этому на этапе проектирования рудника задается крепление с учетом таких особенностей месторождения, как трещиноватость и сложное напряженное состояние массива.