Темір кені кен орындарындағы жерасты қуыстарының айналасында тау жыныстары массивінің шекаралық күйінің қалыптасуының критикалық шарттарын сандық модельдеу
##plugins.pubIds.doi.readerDisplayName##:
https://doi.org/10.51301/ejsu.2026.i1.05Ключевые слова:
сандық модельдеу, жерасты қуысы, қабатты әртекті тау жыныстары массиві, Хоек–Браун критерийі, шекаралық күй, құлау, пасталы закладкаАннотация
Жұмыстың мақсаты – сандық модельдеу негізінде орнықтылықтың жоғалуына және жер бетінің опырылуына қауіпті шекті күйдегі, жойылмаған жерасты қуыстарының айналасындағы тау жыныстары массивінің жай-күйін сандық бағалау және болжау тәсілін әзірлеу. Зерттеу RS2 бағдарламалық кешенінде соңғы элементтер әдісімен қабатты жыныстар массивінің кернеулі-деформацияланған күйін (КДК) сандық модельдеу арқылы орындалды. Кривой Рог теміркен бассейніндегі жарықшақты жыныстардың механикалық мінез-құлқын барабар қайта жаңғырту үшін массивтің стратиграфиялық ерекшеліктері ескерілді. Геологиялық беріктік индексін (GSI) ескере отырып, Хоек–Браунның сызықтық емес беріктік критерийі қолданылды. Жойылмаған жерасты қуыстарының айналасында орнықты және орнықсыз күйлердің арасында қалыптасатын, жер бетімен деформациялық байланысының болуымен сипатталатын тау жыныстары массивінің шекаралық (бұзылуға жақын) геомеханикалық күйі бар екені анықталды. Қуыстың жату тереңдігіне байланысты H/Lкр критикалық қатынасының төменгі және жоғарғы шекараларының орнықты логарифмдік тәуелділігі анықталды; бұл тереңдік артқан сайын массивтің шекті күйге өтуіне қарсылығының сандық тұрғыдан ұлғаюын көрсетеді. H/Lкр көрсеткішіне байланысты жер бетінің шөгу мульдасы өлшемінің экспоненциалдық тәуелділігі белгіленді, бұл әлеуетті опырылу аймағының ауданын болжауға мүмкіндік береді. Қажетті пасталы закладка массиві беріктігінің осы қатынасқа экспоненциалдық тәуелділігі анықталып, шекаралық күй жағдайында оның ең төменгі көтергіш қабілетіне қойылатын талаптарды айқындайды. Алғаш рет жойылмаған жерасты қуыстарының айналасындағы тау жыныстары массивінің шекаралық күйінің жер бетінің үдемелі опырылуына дейінгі дербес геомеханикалық күй ретінде бар екені сандық тұрғыда негізделді. Алынған тәуелділіктер жойылмаған қуыстар үстіндегі массивтің геомеханикалық жай-күйін болжауға, олардың критикалық геометриялық параметрлерінің ауқымын анықтауға және шекаралық күйдегі қуыстарды уақтылы айқындауға мүмкіндік береді. Әзірленген тәсіл жер бетінің кенет опырылуын болдырмау мақсатында жер бетінен цементтелген пасталы закладка параметрлерін инженерлік негіздеуде қолданылуы мүмкін.
Библиографические ссылки
Initiative to ensure vision for shoe wearers in Ukraine for 2021. (2023). Report. Kyiv, Ukraine: Ministry of Energy of Ukraine, 581 p.
Peremetchyk, A., Chukharev, S., Dmytrenko, V., Pysmen-nyi, S., Fedorenko, S., & Mutambo, V. (2024). Application of geometrization to estimate mineral deposit reserves. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1415(1), 012025. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1415/1/012025
Petlovanyi, M., Sai, K., Khalymendyk, O., Borysovska, O., & Sherstiuk, Y. (2023). Analytical research of the parame-ters and characteristics of new “quarry cavities – backfill material” systems: Case study of Ukraine. Mining of Mineral Deposits, 17(3), 126-139. https://doi.org/10.33271/mining17.03.126
Bazaluk, O., Petlovanyi, M., Sai, K., Chebanov, M., & Lozynskyi, V. (2024). Comprehensive assessment of the earth’s surface state disturbed by mining and ways to im-prove the situation: case study of Kryvyi Rih Iron-ore Basin, Ukraine. Frontiers in Environmental Science, 12. https://doi.org/10.3389/fenvs.2024.1480344
Batur, M., & Babii, K. (2022). Spatial assessment of air pollution due to mining and industrial activities: A case study of Kryvyi Rih, Ukraine. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 970(1), 012004. https://doi.org/10.1088/1755-1315/970/1/012004
Ivanchenko, A.V. (2025). Utilization of waste from iron ore mining: the example of the Pokrovska mine in the Kryvyi Rih basin. Mineral Resources of Ukraine, (3), 46-50. https://doi.org/10.31996/mru.2025.3.46-50
National report on the state of the natural environment in Ukraine in 2021. (2022). Kyiv, Ukraine: Ministry of Envi-ronmental Protection and Natural Resources of Ukraine, 514 p.
Popovych, V., Kuzmenko, O., Voloshchyshyn, A., & Petlo-vanyi, M. (2018). Influence of man-made edaphotopes of the spoil heap on biota. E3S Web of Conferences, 60, 00010. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20186000010
Babii, K.V., & Malieiev, Ye. V. (2024). The new engineering and technological decisions for mine technical reclamation of deep open pits to regenerate mesorelief. Mineral Re-sources of Ukraine, (4), 82-87. https://doi.org/10.31996/mru.2024.4.82-87
Zhienbayev, A., Takhanov, D., Zharaspaev, M., Kuttybayev, A., Rakhmetov, B., & Ivadilinova, D. (2025). Identifying ra-tional locations for field mine workings in the zone influ-enced by mined-out space during repeated mining of pillars. Mining of Mineral Deposits, 19(1), 1-12. https://doi.org/10.33271/mining19.01.001
Hrinov, V.H., & Khorolskyi, A.O. (2022). Determination the feasibility of mining deposits at the stage of pre-project stud-ies of a rational strategy for their development. Mineral Re-sources of Ukraine, (2), 12-17. https://doi.org/10.31996/mru.2022.2.12-17
Malashkevych, D., Petlovanyi, M., Sai, K., & Zubko, S. (2022). Research into the coal quality with a new selective mining technology of the waste rock accumulation in the mined-out area. Mining of Mineral Deposits, 16(4), 103-114. https://doi.org/10.33271/mining16.04.103
Kuznetsov, M.A., Akimov, A.G., Kuzmin, V.I., Panteleev, M.G., & Chernyshov, M.F. (1971). Rock displacement at ore deposits. Nedra, 224 p.
Rules for the protection of structures and natural objects from the harmful effects of underground mining in the Kryvyi Rih iron ore basin. (1975). VNIMI, 67 p.
Kalinichenko, V., Dolgikh, O., Dolgikh, L., & Pysmennyi, S. (2020). Choosing a camera for mine surveying of mining en-terprise facilities using unmanned aerial vehicles. Mining of Mineral Deposits, 14(4), 31-39. https://doi.org/10.33271/mining14.04.031
Petlovanyi, M. (2024). Features of surface subsidence zones formed under the influence of underground mining of steep-ly dipping ore deposits in the Kryvyi Rih iron ore basin. Col-lection of Research Papers of National Mining University, 79, 63-83. https://doi.org/10.33271/crpnmu/79.063
Petlovanyi, M., & Sai, K. (2024). Research into cemented paste backfill properties and options for its application: Case study from a Kryvyi Rih Iron-ore Basin, Ukraine. Mining of Mineral Deposits, 18(4), 162-179. https://doi.org/10.33271/mining18.04.162
Akhmetkanov, D.K., Bitimbayev, M.Zh., Lozynskyi, V., Rysbekov, K.B., & Amralinova, B.B. (2023). New variants for wide orebodies highcapacity mining systems with con-trolled and continuous in-line stoping. News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan, Series of Geology and Technical Sciences, 3(459), 6-21. https://doi.org/10.32014/2023.2518-170X.295
Petlovanyi, M.V., Zubko, S.A., Popovych, V.V., & Sai, K.S. (2020) Physicochemical mechanism of structure formation and strengthening in the backfill massif when filling under-ground cavities. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, (6), 142-150. https://doi.org/10.32434/0321-4095-2020-133-6-142-150
Wang, Y., & Xiao, B. (2024). Mechanical properties of hardening cemented paste backfill (CPB). Cemented Paste Backfill, 137-202. https://doi.org/10.1016/b978-0-443-16054-7.00005-9
Stupnik, M.I., Kalinichenko, V.O., Muzyka, I.O., Fedko, M.B., & Pysmennyi, S.V. (2015). Investigation of the stress-deformed state of the mine massif of magnetite quartzites in the mines of the Gigant-Glyboka mine of PJSC “TsGZK”. Metallurgy and Mining Industry, (5), 85-88.
Pysmennyi, S., Fedko, M., Peremetchyk, A., Chukharev, S., Pilchyk, V., & Mutambo, V. (2024). Improvement of the stoping technology in mining magnetite quartzite by under-ground methods. E3S Web of Conferences, (526), 01023. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202452601023
Stupnik, M., Kalinichenko, O., Kalinichenko, V., Pysmen-nyi, S., & Morhun, O. (2018). Choice and substantiation of stable crown shapes in deep-level iron ore mining. Mining of Mineral Deposits, 12(4), 56-62. https://doi.org/10.15407/mining12.04.056
Khomenko, O., Kononenko, M., & Petlovanyi, M. (2015). Analytical modeling of the backfill massif deformations around the chamber with mining depth increase. New Devel-opments in Mining Engineering 2015, 265-269. https://doi.org/10.1201/b19901-47
Khomenko, O., Kononenko, M., & Petlyovanyy, M. (2014). Investigation of stress-strain state of rock massif around the secondary chambers. (2014). Progressive Technologies of Coal, Coalbed Methane, and Ores Mining, 253-258. https://doi.org/10.1201/b17547-43
Zhang, Z.X., Xu, Y., Kulatilake, P.H.S.W., & Huang, X. (2012). Physical model test and numerical analysis on the behavior of stratified rock masses during underground exca-vation. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, (49), 134-147. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2011.11.001
Einstein, H. (2024). Physical Modelling in Rock Mechanics and Rock Engineering. Rock Mechanics and Rock Engineer-ing, 57(12), 10187-10204. https://doi.org/10.1007/s00603-024-04106-y
Stupnik, M.I., Kalinichenko, V.O., Pysmennyi, S.V., & Kali-nichenko, O.V. (2018). Determining the qualitative composi-tion of the equivalent material for simulation of Kryvyi Rih iron ore basin rocks. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirny-choho Universytetu, (4), 21-27. https://doi.org/10.29202/nvngu/2018-4/4
Petlovanyi, M., Sai, K., Malashkevych, D., Popovych, V., & Khorolskyi, A. (2023). Influence of waste rock dump placement on the geomechanical state of underground mine workings. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1156(1), 012007. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1156/1/012007
Li, S.C., Feng, X.D., & Li, S.C. (2013). Numerical model for the zonal disintegration of the rock mass around deep under-ground workings. Theoretical and Applied Fracture Mechan-ics, 65-73. https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2013.11.005
Moldabayev, S.K., Sdvyzhkova, O.O., Babets, D.V., Kov-rov, O.S., & Adil, T.K. (2021). Numerical simulation of the open pit stability based on probabilistic approach. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (6), 29-34. https://doi.org/10.33271/nvngu/2021-6/029
Bondarenko, V.I., Sheka, I.V., Khorolskyi, A.O., Salieiev, I.A., Kovalevska, I.A., & Stoliarska, O.V. (2025). Substan-tiation of rational parameters for composite support in mine workings. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Uni-versytetu, (3), 58-64. https://doi.org/10.33271/nvngu/2025-3/058
Hoek, E., & Brown, E.T. (2019). The Hoek-Brown failure criterion and GSI – 2018 edition. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 11(3), 445-463. https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2018.08.001
Sdvyzhkova, O., Moldabayev, S., Babets, D., Bascetin, A., Asylkhano-va, G., Nurmanova, A., & Prykhodko, V. (2024). Numerical modelling of the pit wall stability while optimizing its boundaries to ensure the ore mining completeness. Mining of Mineral Deposits, 18(2), 1-10 https://doi.org/10.33271/mining18.02.001
Kuzmenko, O., Dychkovskyi, R., Petlovanyi, M., Buketov, V., How-aniec, N., & Smolinski, A. (2023). Mechanism of Interaction of Backfill Mixtures with Natural Rock Fractures within the Zone of Their Intense Manifestation while Developing Steep Ore Deposits. Sustainability, 15(6), 4889. https://doi.org/10.3390/su15064889
Kratzsch, H. (2012). Mining subsidence engineering. Berlin: Springer Science & Business Media, 546 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-81923-0
Subsidence engineer’s handbook. (1975). London: National Coal Board, 111 p.
Ministry of Regional Development and Construction of Ukraine. (2009). State Building Codes of Ukraine DBN V.2.1-10:2009. Foundations and bases of structures. Basic design provisions]. Kyiv, Ukraine.
Sofianos, A.I. (1996). Analysis and design of an under-ground hard rock voussoir beam roof. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 33(7), A316. https://doi.org/10.1016/0148-9062(96)83532-7
Reddish, D.J., & Whittaker, B.N. (2012). Subsidence: occur-rence, prediction and control. New York: Elsevier, 525 p.
Brady, B.H., & Brown, E.T. (2006). Rock mechanics: For underground mining. Queensland: Springer, 614 p.
Abdiev, A.R., Wang, J., Mambetova, R.S., Abdiev, A.A., & Abdiev, A.S. (2025). Geomechanical assessment of stress-strain conditions in structurally heterogeneous rock masses of Kyrgyzstan. Engineering Journal of Satbayev University, 147(2), 31-39. https://doi.org/10.51301/ejsu.2025.i2.05
Uakhitova, B., Almatova, B., Balgynova, A., Shilmagam-betova, Z., Arystan, I., Kurantayeva, A., & Karabatyrova, A. (2025). Comprehensive geomechanical assessment of pillar and roof stability during secondary extraction by the room-and-pillar method. Mining of Mineral Deposits, 19(3), 144-160. https://doi.org/10.33271/mining19.03.144
Petlovanyi, M., Chebanov, M., Sai, K., & Khalymendyk, O. (2025). A new approach to restoring the earth’s surface heavily disturbed by mining activities. IOP Conference Se-ries: Earth and Environmental Science, 1481(1), 012004. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1481/1/012004
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 Engineering Journal of Satbayev University
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
<div class="pkpfooter-son">
<a rel="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/"><img alt="Creative Commons License" style="border-width:0" src="https://i.creativecommons.org/l/by-nc/4.0/80x15.png"></a><br>This work is licensed under a <a rel="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/">Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License</a>.
</div>
