Express-Method for Determination of Rock Heaving Parameters

• Autorzy: Shashenko Oleksandr , Sobczyk Eugeniusz Jacek , Shapoval Volodymyr , Konoval Volodymyr , Barsukova Sofiia

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2023-01-14

Warianty tytułu

PL

Ekspresowa metoda wyznaczania parametrów wypiętrzania skał

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Purpose. The problem of determining the contours of the area in which rock heaving occurs is important in the design of underground excavations. The solution of such problems is usually performed either in an elastic-plastic formulation using numerical methods, or using semi-empirical methods, which, as a rule, form the basis of regulatory documents. When writing this article, an attempt was made to use the approach described in work Determining the parameters of a natural arch while forming support load of a horizontal roadways to find answers to such questions: is it possible under these conditions to heave rock at all; what are the outlines of the heaving area. Theoretical studies of geomechanical processes occurring in the vicinity of horizontal excavations using analytical and numerical mathematical methods. Analysis and generalization of the results of theoretical studies. Simple analytical dependencies are obtained that allow calculating the boundary of the base area in which rock heaving occurs and the stability coefficient of this area. As a stability coefficient, it is proposed to use the ratio of the projection onto the vertical axis of the forces holding the heaving rock mass to the projection of the forces that shift this mass. It has been established for the first time that the maximum depth under the excavation, where the heaving of the rock occurs, is directly proportional to its strength, calculated using the strength criterion of O. Shashenko, multiplied by half the width of the excavation and inversely proportional to the specific adhesion of the rock. It was also established for the first time that the coefficient of rock stability in the area of its heaving is directly proportional to its strength, calculated using the strength criterion of O. Shashenko, and back - to rock pressure at the calculated depth. The results obtained in the course of this work make it possible, using mathematical methods, to perform: forecast of the stability of horizontal excavations in the area of rock heaving, taking into account the depth of the excavation, its geometric dimensions, specific gravity and strength properties of the rock; the boundaries of the rock heaving area, taking into account the depth of the excavation, its geometric dimensions, specific gravity and strength properties of the rock.

PL

Problem określenia konturów obszaru, w którym występuje wypiętrzanie skał, jest istotny w projektowaniu wyrobisk podziemnych. Rozwiązanie takich problemów jest zwykle wykonywane albo w preparacie sprężysto-plastycznym metodami numerycznymi, albo metodami półempirycznymi, które z reguły stanowią podstawę dokumentów regulacyjnych. Pisząc niniejszy artykuł, podjęto próbę wykorzystania podejścia opisanego w pracy: Determining the parameters of a natural arch while forming support load of a horizontal roadways do znalezienia odpowiedzi na następujące pytania: czy w tych warunkach w ogóle możliwe jest wypiętrzanie skał; jakie są kontury wypiętrzania obszaru. Zastosowano następujące metody: teoretyczne badania procesów geomechanicznych zachodzących w sąsiedztwie wyrobisk poziomych z wykorzystaniem analitycznych i numerycznych metod matematycznych; analiza i uogólnienie wyników badań teoretycznych. Otrzymano proste zależności analityczne pozwalające na obliczenie granicy obszaru bazowego, w którym występuje wypiętrzanie skały, oraz współczynnika stateczności tego obszaru. Jako współczynnik stateczności proponuje się przyjąć stosunek rzutu na oś pionową sił utrzymujących falujący górotwór do rzutu sił przesuwających ten masyw. Po raz pierwszy ustalono, że maksymalna głębokość pod wyrobiskiem, na której występuje wypiętrzanie skał, jest wprost proporcjonalna do jej wytrzymałości, obliczonej według kryterium wytrzymałościowego O. Szaszenki, pomnożonej przez połowę szerokości wyrobiska, i odwrotnie proporcjonalna do przyczepności właściwej skały. Po raz pierwszy ustalono również, że współczynnik stateczności skały w obszarze jej wypiętrzania jest wprost proporcjonalny do jej wytrzymałości, obliczonej za pomocą kryterium wytrzymałościowego O. Szaszenki, i odwrotnie – do ciśnienia na obliczonej głębokości. Uzyskane w toku pracy wyniki pozwalają, metodami matematycznymi, na wykonanie: prognozy stateczności wyrobisk poziomych w rejonie wypiętrzenia skał z uwzględnieniem głębokości wyrobiska, jego wymiarów geometrycznych, ciężaru właściwego i właściwości wytrzymałościowych skały; granic obszaru falowania skał z uwzględnieniem głębokości wyrobiska, jego wymiarów geometrycznych, ciężaru właściwego i właściwości wytrzymałościowych skały.

Słowa kluczowe

EN

excavation; Mohr-Coulomb strength criterion; strength criterion O. Shashenko; rock heaving; arched effect; rock pressure

PL

wyrobisko; kryterium wytrzymałościowe Mohra-Coulomba; kryterium wytrzymałościowe O. Shashenki; wypiętrzanie skał; efekt łukowy; ciśnienie skał

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2023
• Tom: no. 1
• Strony: 113--118
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys.

Twórcy

autor

Shashenko Oleksandr

• Department of Construction, Geotechnics and Geomechanics; Dnipro University of Technology, ave. D. Yavornytskoho 19, Dnipro, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-7012-6157

autor

Sobczyk Eugeniusz Jacek

• Department of Mineral Resource Management Mineral and Energy Economiy; Research Institute of the Polish Academy of Sciences, ul. Wybickiego 7A, Krakow, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-3968-2312

autor

Shapoval Volodymyr

• Department of Construction, Geotechnics and Geomechanics; Dnipro University of Technology, ave. D. Yavornytskoho 19, Dnipro, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0003-2993-1311

autor

Konoval Volodymyr

• Department of industrial and civil construction; Cherkasy State Technological University, boulevard. Shevchenko, 460, Cherkasy, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-6740-6617

autor

Barsukova Sofiia

• Department of Construction, Geotechnics and Geomechanics; Dnipro University of Technology, ave. D. Yavornytskoho 19, Dnipro, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0003-0821-1091

Bibliografia

• 1. Shashenko O.M., Sdvyzhkova O.O., & Hapieiev S.M. (2008). Deformovanist ta mitsnist masyviv hirskykh porid: Monohrafiia. [Deformability and strength of rock massifs. Monograph]. Natsionalnyi hirnychyi universytet – National Mining University, 224 [in Russian].
• 2. Bondarenko V.I., Kovalevska I.A., Symanovych H.A., & Snihur V.H. (2014). Eksperymentalni doslidzhennia zdy-mannia porid pidoshvy pidhotovchykh vyrobok na polohykh plastakh Donbasu: Monohrafiia. [Experimental studies of heaving of the rocks of the sole of the preparatory excavations on the gentle layers of the Donbass: Monograph]. TOV ≪LizunovPres≫ - Ltd ≪LizunovPres≫, 224 [in Russian].
• 3. Shashenko O.M., Solodiankin O.V., & Martovytskyi O.V. (2012). Upravlinnia stiikistiu protiazhnykh vyrobok hlybokykh shakht: Monohrafiia. [Management of stability of long workings of deep excavations: Monograph]. Lyzunov Pres - Lyzunov Press, 384 [in Russian].
• 4. Shashenko O.M., Hapieiev S.M., & Martovytskyi O.V. (2005). Kompleksne doslidzhennia sposobu zabezpechennia stiikosti protiazhnoho vyroblennia z gruntom, shcho vytikaie, roztashovanoi v zoni vplyvu lavy. [Comprehensive study of the method for ensuring the stability of an extended excavation with heaving soil located in the zone of lava influ-ence]. Naukovyi visnyk NHU - Scientific Bulletin of NMU, 52-55 [in Russian].
• 5. Hapieiev S.M., Lozovskyi S.P., & Riazantsev A.P. (2003). Kompiuterne modeliuvannia protsesu puchennia gruntu v pidhotovchykh vyrobkakh. [Computer modeling of the process of soil heaving in development excavations]. MHHU, 99-101 [in Russian].
• 6. Soloviov H.I., Nehrii S.H. (1999). Pro osoblyvosti puchennia gruntu vyimkovykh vyrobok v umovakh shakhty ≪Pivdenno-Donbaska №3≫ [On the features of heaving of the soil of excavation s in the conditions of the mine "South Donbass No. 3"]. Visti Donetskoho hirnychoho instytutu - News of the Donetsk Mining Institute, 38-45 [in Russian].
• 7. Shashenko O.M., Khoziaikina N.V., Dubovyk O.I., & Sosna D.O. (2017). Metodyka chyselnoi imitatsii protsesu puchennia porid gruntu u mahistralnykh vyrobkakh. [Method of numerical simulation of soil heaving processes in trunk excavations]. Visti Donetskoho hirnychoho instytutu - News of the Donetsk Mining Institute, 2, 33-42 [in Russian].
• 8. Shapoval, V., Shashenko, O., Hapieiev, S., Khalymendyk, O., & Andrieiev, V. (2020). Stability assessment of the slopes and side-hills with account of the excess pressure in the pore liquid. Mining of Mineral Deposits, 14(1), 91- 99. https://doi.org/10.33271/mining14.01.091
• 9. Hidrotekhnichni, enerhetychni ta melioratyvni systemy ta sporudy, pidzemni hirnychi vyrobky. Hidrotekhnichni sporudy. Osnovni polozhennia. [Hydrotechnical, energy and reclamation systems and structures, underground mine excavations. Hydraulic structures. Key points]. (2010). DBN V.2.4-3:2010 from 1th January 2011. Kyiv: Minrehionbud Ukrainy [in Ukrainian].
• 10. Shapoval, V., Solodyankin, A., Hryhoriev, O. & Dubovyk, O. Determining the parameters of a natural arch while forming support load of a horizontal roadways. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2021. №2. p. 69-80.
• 11. Melnykov M. V., Rzhevskyi V. V., Protodiakonov M. M. (Eds.). (1975). Dovidnyk (kadastr) fizychnykh vlastyvostei hirskykh porid. Moskva: ≪Nedra≫.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu „Społeczna odpowiedzialność nauki” - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023)