Дослідження напружено-деформованого стану гірського масиву при видобутку корисних копалин відкритим способом

Олександр Шепель
Отримано 30.06.2025, Доопрацьовано 01.12.2025, Прийнято 24.12.2025
Анотація

Забезпечення стійкості та несучої здатності бортів кар’єрів це актуальна та складна умова для відпрацювання родовищ відкрито-підземним способом. У зв’язку з цим метою досліджень в роботі було геомеханічне обґрунтування стійкості технологічних елементів відкрито-підземного комплексу гірничих робіт. Це обґрунтування, проведено за допомогою розробленої моделі, мало на меті визначення впливу на формування напружено-деформованого стану масиву на прикладі кар’єрів Криворізьких гірничозбагачувальних комбінатів. У даній роботі для прогнозування впливу кар’єру на подальший підземний видобуток були застосовані математичні та чисельні методи, зокрема метод скінченних елементів, а також статистичний та факторний аналіз. Крім того, для дослідження напружено-деформованого стану гірського масиву навколо відпрацьованого кар’єру було використано програмне забезпечення «Ansys, Inc. Products 2019 R3». Встановлено, що величина максимальних вертикальних зсувів борта кар’єру збільшується з 13-14 мм на верхніх горизонтах (уступах) на глибинах 30-45 м від денної поверхні до 60-63 мм на нижніх уступах на глибинах 270-300 м на дні відпрацьованого кар’єру. Залежність величини максимальних вертикальних зсувів елементів борта кар’єру від глибини розробки описується логарифмічною функцією. Було встановлено, що величина напружень коливається від 0,7-1,2 МПа на дні кар’єру до 4,6-4,9 МПа під дном кар’єру на глибині розташування майбутніх підземних очисних камер. Залежність величини максимальних напружень у гірському масиві під дном кар’єру від глибини описується експоненціальною функцією. Розрахунки дозволили отримати кількісні дані про зміну напруженого стану гірського масиву в залежності від глибини. Практична значимість роботи полягає у використанні цих показників для забезпечення безпечного та ефективного переходу до підземної технології розробки

Ключові слова:
кар’єр; геомеханічне обґрунтування; комплексна розробка; залежність; моделювання

Взято з Том 59, № 2, 2025

Сторінки 10–20

Використані джерела ЦИТУВАТИ
  1. Bagde, M.N. (2021). Ore and backfill dilution in underground hard rock mining. Journal of Mining Science, 57(6), 995-1005. doi: 10.1134/s1062739121060120.
  2. Driouch, A., Ouadif, L., Lahmili, A., Belmi, M.A., & Benjmel, K. (2023). Geotechnical modeling of the method for mining cobalt deposits at the Bou Azzer Mine, Morocco. Mining of Mineral Deposits, 17(1), 51-58. doi: 10.33271/ mining17.01.051.
  3. Gridina, E.B., Rudakov, M.L., & Rumiantseva, A.M. (2020). Evaluation of stability of sides of quarries and dumps on the basis of a risk-oriented approach. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 4, 47-52. doi: 10.33271/nvngu/2020-4/047.
  4. Irwan, A.G., & Wiati, I.T. (2023). Reconstruction of natural slope stability by limit equilibrium methods and finite element methods. Dinamika Teknik Sipil: Majalah Ilmiah Teknik Sipil, 16(2), 43-49. doi: 10.23917/dts. v16i2.23276.
  5. Ivadilinova, D.T., Issabek, T.K., Takhanov, D.K., & Yeskenova, G.B. (2023). Predicting underground mining impact on the earth’s surface. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 1, 32-37. doi: 10.33271/ nvngu/2023-1/032.
  6. Ivasivka, О., Hevpa, Z., & Dyakiv, V. (2023). Activation of karst-fall phenomena within the mining district of Mine No. 2 and its impact on the state of infrastructure facilities and living conditions of residents. Visnyk of the Lviv University. Series Geology, 37, 42-55. doi: 10.30970/vgl.37.04.
  7. Jiangnan, L., & Kuangdi, X. (2023). Open-pit and underground combined mining. In K. Xu, (Ed.), The ECPH encyclopedia of mining and metallurgy. Singapore: Springer. doi: 10.1007/978-981-19-0740-1_348-1.
  8. Kalinichenko, О.V. (2020). Development of scientific principles for controlling the stress-strain state of rock mass during underground excavation. (Doctoral dissertation, M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Dnipro, Ukraine).
  9. Karlsmo, M., Hosaka, T., & Johansson, P. (2024). Le Chatelier’s principle enables stable and sustainable aqueous sodium/magnesium-ion batteries. Journal of Materials Chemistry A, 12(7), 4029-4036. doi: 10.1039/ d3ta06826a.
  10. Kimour, M., Boukelloul, M.L., Hafsaoui, A., Narsis, S., Benghadab, K.M., & Benselhoub, A. (2023). Geomechanical characterization of rock mass rating and numerical modeling for underground mining excavation design. Journal of Geology, Geography and Geoecology, 32(1), 67-78. doi: 10.15421/112308.
  11. Kulikovska, O., Stupen, R., & Kolodiy, P. (2024). Cartographic and analytical model of the formation of the failed relief in a large mining region. Spatial Development, 10, 482-497. doi: 10.32347/2786-7269.2024.10.482-497.
  12. Lu, Y., Jin, C., Wang, Q., Li, G., & Han, T. (2024). Deformation and failure characteristic of open-pit slope subjected to combined effects of mining blasting and rainfall infiltration. Engineering Geology, 331, article number 107437. doi: 10.1016/j.enggeo.2024.107437.
  13. Luo, H., Wang, Z., Liu, K., Qiao, L., & Qing, L. (2024). Stress-strain state zoning model and novel large deformation classification method for squeezing tunnels. Engineering Failure Analysis, 164, article number 108711. doi: 10.1016/j.engfailanal.2024.108711.
  14. Marchelli, M., Peila, D., & Giacomini, A. (2023). Rockfall in open pit mines: Management of the pit geometry and protection measures design. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 170, article number 105551. doi: 10.1016/j.ijrmms.2023.105551.
  15. Mehnert, M., Oates, W., & Steinmann, P. (2022). Numerical modeling of nonlinear photoelasticity. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 24(7), 1602-1619. doi: 10.1002/nme.7177.
  16. Razumova, K.M., Temchenko, О.A., Maksymov, S.V., & Maksymova, О.S. (2021). Research of duration influence of loading and unloading operations on the use efficiency of technological motor transport on open pit iron mines. Science and Transport Progress, 6(96), 24-38. doi: 10.15802/stp2021/256794.
  17. Shen, Y., Feng, Z., Zhou, D., & Zhang, B. (2024). Different rock failure precursors using displacement coordination coefficient. Environmental Earth Sciences, 83, article number 490. doi: 10.1007/s12665-024-11814-9.
  18. Taiwo, B.O., Yewuhalashet, F., Ogunyemi, O.B., Babatuyi, V.A., Okobe, E.I., & Orhu, E.A. (2023). Quarry slope stability assessment methods with blast induced effect monitoring in Akoko Edo, Nigeria. Geotechnical and Geological Engineering, 41, 2553-2571. doi: 10.1007/s10706-023-02414-8.
  19. Tomova, M., & Kisyov, A. (2024). Applications and advantages of geophysical methods in underground mining. Annual of the University of Mining and Geology “St. Ivan Rilski”, 67, 184-188. doi: 10.5281/zenodo.13762777.
  20. Yazeed, M.A.A., Abdullah, A.A., Muhab M.F.A.-G., & Mithun, V.K. (2023). Stress analysis using solidworks simulation. EPRA International Journal of Multidisciplinary Research (IJMR), 9, 28-35. doi: 10.36713/epra14295.
  21. Zhe, M., & Zhuoqian, M. (2024). Stability analysis of rock slope based on rocscience software. Civil Engineering, 13(7), 1152-1157. doi: 10.12677/hjce.2024.137124.
  22. Zuievska, N., Shaidetska, L., Kosenko, T., & Hutsuliak, Z. (2023). Application of engineering measures for the stabilization of the soil slope. Collection of Research Papers of the National Mining University, 73, 187-196. doi: 10.33271/crpnmu/73.187.
Shepel, О. (2025). Stress-strain state research of rock mass during open-pit mining of minerals. Mining Journal of Kryvyi Rih National University, 59(2), 10-20. https://doi.org/10.31721/2306-5435-2025-2-10-20
uk