Ekspresowa metoda wyznaczania parametrów wypiętrzania skał

Oleksandr SHASHENKO; Eugeniusz Jacek SOBCZYK; Volodymyr SHAPOVAL; Volodymyr KONOVAL; Sofiia BARSUKOVA

doi:10.29227/IM-2023-01-14

Oleksandr SHASHENKO Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Construction, Geotechnics and Geomechanics; Dnipro University of Technology, ave. D. Yavornytskoho 19, Dnipro, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-7012-6157
Eugeniusz Jacek SOBCZYK Professor of the Department of Mineral Resource Management Mineral and Energy Economy; Research Institute of the Polish Academy of Sciences, ul. Wybickiego 7A, Krakow, Poland https://orcid.org/0000-0003-3968-2312
Volodymyr SHAPOVAL Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Construction, Geotechnics and Geomechanics; Dnipro University of Technology, ave. D. Yavornytskoho 19, Dnipro, Ukraine https://orcid.org/0000-0003-2993-1311
Volodymyr KONOVAL Candidate of Technical Sciences, Docent of the Department of industrial and civil construction; Cherkasy State Technological University, boulevard. Shevchenko, 460, Cherkasy, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-6740-6617
Sofiia BARSUKOVA PhD student of the Department of Construction, Geotechnics and Geomechanics; Dnipro University of Technology, ave. D. Yavornytskoho 19, Dnipro, Ukraine https://orcid.org/0000-0003-0821-1091

DOI: https://doi.org/10.29227/IM-2023-01-14

Słowa kluczowe: wyrobisko, kryterium wytrzymałościowe Mohra-Coulomba, kryterium wytrzymałościowe O. Shashenki, wypiętrzanie skał, efekt łukowy, ciśnienie skał

Abstrakt

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.