ОБҐРУНТУВАННЯ ФОРМ І РОЗМІРІВ ЗОН ІНЕКЦІЙНОГО ЗМІЦНЕННЯ В УМОВАХ АСИМЕТРИЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ НА ПІДЗЕМНІ СПОРУДИ

Анотація

Постановка проблеми. Для умов асиметричних навантажень на підземні споруди, які викликані нерівномірним ослабленням порід внаслідок обводнення та інших природних і техногенних факторів, питання обґрунтування раціональних форм і розмірів зон ін'єкційного зміцнення вимагають подальших комплексних досліджень, що об'єднують геомеханіку, матеріалознавство та методи оптимізації. Мета дослідження. Обґрунтування параметрів зон ін’єкційного зміцнення порід для підвищенні рівня безпеки експлуатації підземних виробок та заглиблених споруд в умовах асиметричних навантажень на кріплення. Методика. Узагальнення даних з асиметричності навантажень на кріплення підземних споруд; методологія оцінки руйнування масиву порід; математичне моделювання методом скінченних елементів. Результати. Зміцнення порід навколо підземних виробок і заглиблених споруд дозволяє знизити ймовірність виникнення тріщин, запобігти розвитку деформацій і підвищити загальну стійкість об'єктів до впливу експлуатаційних і природних навантажень. Вимагають подальших досліджень питання обґрунтування раціональних форм та розмірів зон ін'єкційного зміцнення для умов асиметричних навантажень на підземні споруди, що викликані нерівномірним ослабленням порід внаслідок обводнень та інших природних і техногенних факторів. Визначені особливості процесу формування асиметричності навантажень на кріплення підземних споруд. Обґрунтована методика оцінки стану насиченого полімерами масиву порід та прогнозу його змін під впливом тих чи інших заходів зі зміцнення порід навколо підземної споруди. Встановлено, що зміцнення порід за рахунок ін'єкційних та інших технологій зміцнення ефективно компенсує недоліки кріплень без значного збільшення капітальних витрат. Крім того, застосування різних конфігурацій та схем розташування зон зміцнення дозволяє гнучко адаптуватися до конкретних геологічних умов, перерозподіляти напруження в породах, знижувати їх концентрації в потенційно небезпечних зонах, запобігати локальним обваленням, деформаціям та водоприпливам, що забезпечує довготривале безпечне використання підземних споруд. Для умов нерівномірних навантажень на кріплення запропонована асиметрична форма зміцненої зони, яка може бути використана як резерв підвищення стійкості підземної споруди. Встановлено, що еліпсоподібна форма зміцненої зони, як елемент управління гірським тиском, забезпечує підвищення стійкості підземної споруди за рахунок зменшення на 10‒35 % зони непружних деформацій та зміщення вглиб на 0,5‒3,0 м асиметричної зони опорного тиску. Зміщення покрівлі підземної виробки знижуються на 6‒13 % від загальних зміщень, а підошви – на 7‒23 %. Наукова новизна. Вперше для підвищенні рівня безпеки експлуатації підземних виробок та заглиблених споруд в умовах асиметричних навантажень на кріплення встановлені закономірності змін максимальних головних напружень при використанні різних еліпсоподібних форм зон ін’єкційного зміцнення порід. Практична значимість. Запропоновані конфігурації зон ін'єкційного зміцнення знижують концентрації напружень у породах, що дозволяє запобігати раптовим деформаціям кріплень і забезпечувати довготривале безпечне використання підземних споруд.