Устойчивость подготовительных выработок и охранных целиков при отработке пологопадающих угольных пластов длинными очистными забоями. Математическое моделирование

Одной из ключевых проблем угольной промышленности являются аварии на выемочных участках. Аварии могут быть внезапными, вызванными непредсказуемыми факторами, однако, чаще всего являются результатом недостаточно проработанного проектирования технологии отработки месторождения.Несоответствие между нормами и требованиями к напряженно-деформированному состоянию горного массива в окрестностях выработки и действительностью приводит к тому, что применяемые охранные меры не обеспечивают устойчивость подготовительных выработок и охранных целиков при отработке угольных пластов современными системами механизированной очистки длинными забоями. Актуальность решения обозначенной проблемы объясняется именно тем, что инженерный персонал, управляющий добычей угля на конкретных шахтах России, Китая, Австралии, США, Канады и др. стран, сталкивается с одними и теми же проблемами.Применение современных методов математического моделирования отработки месторождений длинными очистными забоями позволяет существенно расширить представления об эволюции напряженно-деформированного состояния в окрестностях выработки, формировании критических состояний в горном массиве, приводящим к человеческим жертвам и аварийным остановкам добычи. В проекте планируется проанализировать конкретные аварийные ситуации на шахтах Кузнецкого бассейна и, в некотором смысле, решить обратную задачу нахождения условий, при которых в модели происходят разрушения в элементах горного массива, которые качественно и, по возможности, количественно согласуются с наблюдениями. И тем самым понять ключевые механизмы и особенности возникновения аварийных ситуаций, что является одной из основных целей проекта.В проекте запланированы следующие ключевые задачи:1) анализ данных инструментальных наблюдений, шахтных экспериментов (по опубликованным литературным данным) и математического моделирования с использованием наиболее реалистичных моделей поведения горных пород для расширения понимания механизмов возникновения аварийных ситуаций и обобщения данных;2) математическое моделирование различных способов снижения удароопасности угольных пластов и оценка их относительной эффективности;3) разработка рекомендаций по усовершенствованию методик определения удароопасности после комбинированного анализа литературных данных и данных моделирования;4) разработка рекомендаций по ведению горных работ при отработке пластов, склонных к горным ударам, длинными очистными забоями.Для достижения целей и решения поставленных задач в проекте будет исследована эволюция напряженно-деформированного состояния горного массива в окрестностях выработки в 2D и 3D постановках с использованием метода конечных разностей [Wilkins, 1999] и метода конечных элементов [Johnson, 1977].Руководитель проекта имеет достаточно большой опыт выполнения проектов, посвященных мат. моделированию отработки месторождений угля, так и других проектов по геомеханике и геодинамике. Разработаны оригинальные программные комплексы для выполнения трехмерных и двумерных расчетов на кластерах и персональных компьютерах, а также программы для обработки результатов моделирования. В совокупности опыт руководителя, а также предлагаемые методы и подходы позволят в полном объеме решить поставленные задачи и обеспечивают возможность получения запланированных результатов.