Оцінка тримкості жорстких охоронних споруд підготовчих виробок на основі аналізу енергетичних показників деформування
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.354698Ключові слова:
підтримання виробок, тримкість, охоронні споруди, густина енергії деформації, безпека праціАнотація
Об’єктом дослідження були деформаційні процеси в охоронних спорудах для підготовчих виробок, підтримуваних позаду очисного вибою на виїмкових ділянках вугільних шахт, що відпрацьовують тонкі пласти. Вирішувалась проблема забезпечення стійкості підготовчих виробок на виїмкових ділянках вугільних шахт шляхом підвищення тримкості охоронних споруд для запобігання обвалень покрівлі та створення безпечних умов праці. Порівняльна оцінка здійснювалася на основі аналізу енергетичних показників деформування. Дослідження базувалися на використанні моделей, що відтворювали роботу литих смуг, бетонних блоків та комбінованих конструкцій із блоків з дерев’яними прокладками. При випробуваннях на одновісне стиснення визначено деформаційний ресурс кожного виду споруд, встановлено критичні значення відносної деформації, за якими відбувається втрата функціональної придатності конструкцій. Використання енергетичного підходу дозволило кількісно оцінити межу стійкості та прогнозувати момент руйнування споруди. Експериментальним шляхом визначено, що в умовах одновісного стиснення жорсткі охоронні споруди до початку процесів руйнування працюють в режимі зростаючого опору. При цьому ділянка лінійно-пружної деформації комбінованої споруди на 33% більше, ніж у однорідної конструкції (ініціація руйнування відбувається при значенні λb = 0.103 та λb = 0.075–0.08 відповідно), що зумовлює пізніший перехід до втрати тримкості. Наявність обмежено піддатливих елементів у жорстких конструкціях сприяє перерозподілу напружень та підвищує їх деформаційний ресурс.
Запропоновано енергетичний підхід до аналізу взаємодії охоронних конструкцій з породним масивом, що базується на використанні питомої потенціальної енергії та її складових, які характеризують процеси акумулювання й дисипації енергії. Практичне значення роботи полягає в можливості застосування отриманих результатів для обґрунтування параметрів охоронних споруд при підтриманні підготовчих виробок на виїмкових ділянках вугільних шахт, що відпрацьовують тонкі пласти товщиною до 1.2 м
Посилання
- Sheka, I. V. (2024). Obgruntuvannia ratsionalnykh parametriv kriplennia iz kompozytnykh materialiv dlia hirnychykh vyrobok vuhilnykh shakht, shcho roztashovani na hlybynakh ponad 1000 metriv. Dnipro: Natsionalnyi tekhnichnyi universytet «Dniprovska Politekhnika», 158. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.18898.77765
- Kyrychenko, V. Ya., Usachenko, B. M. (2008). Driftic metal timbers, answering to economic requirements and geomechanical problems of the big depths. Heotekhnycheskaia Mekhanyka, 78, 178–189. Available at: http://www.geotm.dp.ua/index.php/en/collection/474-geo-technical-mechanics-2008/geo-technical-mechanics-2008-78/7562-2024-06-04-19-42-58
- Bondarenko, V. I., Buzylo, V. I., Tabachenko, M. M., Medianyk, V. Yu. (2010). Heomekhanichni osnovy pidvyshchennia stiykosti pidhotovchykh vyrobok. Dnipropetrovsk: Natsionalnyi hirnychyi universytet, 408. Available at: http://ir.nmu.org.ua/handle/123456789/156064
- Pro zatverdzhennia Instruktsiyi z zabezpechennia stiykosti dilnychnykh vyrobok dlia povtornoho vykorystannia na vuhilnykh shakhtakh. Ministerstvo Enerhetyky Ukrainy nakaz 10.11.2022 No. 378. Available at: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z1665-22
- Yalanskiy, A. O., Slashchov, І. M., Slashchova, O. A., Seleznov, A. M., Arestov, V. V. (2018). Development of new auxiliary measures for protecting preparatory roadways by the cast strips. Geo-Technical Mechanics, 141, 3–17. https://doi.org/10.15407/geotm2018.141.003
- Li, H., Zu, H., Zhang, K., Qian, J. (2022). Study on Filling Support Design and Ground Pressure Monitoring Scheme for Gob-Side Entry Retention by Roof Cutting and Pressure Relief in High-Gas Thin Coal Seam. International Journal of Environmental Research and Public Health, 19 (7), 3913. https://doi.org/10.3390/ijerph19073913
- Kanin, V. O., Antsyferov, A. V. (2004). Okhorona hirnychykh vyrobok hazobetonnym kriplenniam. Donetsk: TOV «Alan», 396.
- Qin, T., Wang, Y., Hou, X., Duan, Y. (2023). A characterization method for equivalent elastic modulus of rock based on elastic strain energy. Frontiers in Earth Science, 11. https://doi.org/10.3389/feart.2023.1120344
- Gong, F., Wang, Y. (2022). A New Rock Brittleness Index Based on the Peak Elastic Strain Energy Consumption Ratio. Rock Mechanics and Rock Engineering, 55 (3), 1571–1582. https://doi.org/10.1007/s00603-021-02738-y
- Rahimzadeh Kivi, I., Ameri, M., Molladavoodi, H. (2018). Shale brittleness evaluation based on energy balance analysis of stress-strain curves. Journal of Petroleum Science and Engineering, 167, 1–19. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2018.03.061
- Liu, Z., Fan, T., Wang, Z., Yang, R., Fan, H., Wang, H., Hu, N. (2025). A rock brittleness evaluation method in interbedded reservoirs based on statistical damage constitutive. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology, 15 (7). https://doi.org/10.1007/s13202-025-02008-5
- Qiao, L., Hao, J., Liu, Z., Li, Q., Deng, N. (2022). Influence of temperature on the transformation and self-control of energy during sandstone damage: Experimental and theoretical research. International Journal of Mining Science and Technology, 32 (4), 761–777. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2022.02.008
- Krasnikova, O., Kuzmenkо, P., Vyzhva, S. (2024). Analysis of the methods of determining the brittleness index and their application for terrigenous reservoir rocks of the Dnipro-Donetsk Basin. Visnyk of Taras Shevchenko National University of Kyiv. Geology, 1 (104), 22–29. https://doi.org/10.17721/1728-2713.104.03
- Li, L., Li, G., Gong, W., Wang, J., Deng, H. (2019). Energy Evolution Pattern and Roof Control Strategy in Non-Pillar Mining Method of Goaf-Side Entry Retaining by Roof Cutting – A Case Study. Sustainability, 11 (24), 7029. https://doi.org/10.3390/su11247029
- Hui, Z.-L., Zhao, Z.-Q., Wei, X.-X., Yao-Li. (2025). The energy and stress evolution law of surrounding rock in gob side entry driving of adjacent mining faces. Scientific Reports, 15 (1). https://doi.org/10.1038/s41598-025-10977-0
- Xin, X., Meng, Q., Pu, H., Wu, J. (2024). Theoretical analysis and numerical simulation analysis of energy distribution characteristics of surrounding rocks of roadways. Tunnelling and Underground Space Technology, 147, 105747. https://doi.org/10.1016/j.tust.2024.105747
- Wang, C., Liu, L., Elmo, D., Shi, F., Gao, A., Ni, P., Zhang, B. (2018). Improved energy balance theory applied to roadway support design in deep mining. Journal of Geophysics and Engineering, 15 (4), 1588–1601. https://doi.org/10.1088/1742-2140/aab3a0
- Huang, S., Li, Z. (2023). Optimization and Application of Coal Pillar in Fully Mechanized Mining Face based on Energy Analysis. International Journal of Energy, 3 (3), 47–51. https://doi.org/10.54097/ije.v3i3.011
- Wang, W., Qiu, W. (2023). Energy-Dissipation Support Technology for Large Deformation Tunnels Based on the Post-Peak Behavior of Steel Plate Buckling: A Case Study. Applied Sciences, 13 (21), 11972. https://doi.org/10.3390/app132111972
- Liu, X., Zhang, Y., Fan, D., Zhao, Y., Gao, Y., Pei, H., Shi, Z. (2025). Energy driven mechanism of surrounding rock deformation and failure of mining roadway and classified control technology. Scientific Reports, 15 (1). https://doi.org/10.1038/s41598-025-98452-8
- Chepiga, D., Bessarab, I., Hnatiuk, V., Tkachuk, O., Kipko, O., Podkopaiev, S. (2023). Deformation as a process to transform shape and volume of protective structures of the development mine workings during coal-rock mass off-loading. Mining of Mineral Deposits, 17 (4), 1–11. https://doi.org/10.33271/mining17.04.001
- Bachurin, L. L., Iordanov, I. V., Bessarab, I. М., Korol, A. V., Kaіun, O. Р., Podkopaіev, Y. S. et al. (2021). Comprehensive research of the stability of haulage drifts on steep coal seams in different protection methods. Visnyk Natsionalnoho universytetu vodnoho hospodarstva ta pryrodokorystuvannia, 1 (93), 217–236. Available at: https://ep3.nuwm.edu.ua/22666/
- Chepiga, D., Podkopaiev, S., Kayun, O., Bielikov, A., Podkopayev, Y., Kipko, O., Pidhurna, O. (2024). Assessing the stability of protective structures in preparatory mining workings under conditions of static load. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (1 (129)), 57–68. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.304721
- Sadd, M. H. (2009). Elasticity. Academic Press, 536. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-374446-3.x0001-6
- Lu, G., Yu, T. (2003). Energy absorption of structures and materials. Woodhead Publishings, 403. https://doi.org/10.1533/9781855738584
- Baron, L. I., Kurbatov, V. M. (1959). O diagramme szhatiya krepkih gornyh porod. Nauchnye Soobsheniya IGD AN SSSR, 22.
- Hucka, V., Das, B. (1974). Brittleness determination of rocks by different methods. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 11 (10), 389–392. https://doi.org/10.1016/0148-9062(74)91109-7
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Daria Chepiga, Leonid Bachurin, Serhii Podkopaiev, Danylo Polii, Olena Visyn, Yevgen Podkopayev, Halyna Herasymchuk, Yaroslava Bachurina
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
