Реєстраційний номер
0826U005268, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
08-10-2026
Статус
Захищена
Назва роботи
Вдосконалення методики оцінки деформаційно-міцнісних характеристик гірських порід з врахуванням геометричних параметрів їх зразків
Здобувач
Кресс Денис Володимирович,
Керівник Круковський Олександр Петрович
Керівник Васильєв Дмитро Леонідович
Опонент Тютькін Олексій Леонідович
Опонент Ковалевська Ірина Анатоліївна
Рецензент Курносов Сергій Анатолійович
Рецензент Прохорець Лілія Вікторівна
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Інститут геотехнічної механіки ім. М. С. Полякова Національної академії наук України
Опис
Актуальність теми дослідження зумовлена необхідністю забезпечення експлуатаційної надійності, стійкості та економічної доцільності кріплення гірничих виробок, що нерозривно пов'язане з достовірністю визначення деформаційно-міцнісних характеристик гірських порід, які виступають базовими розрахунковими параметрами в геомеханічному проєктуванні. Водночас складні гірничо-геологічні умови та значна просторова мінливість фізико-механічних властивостей породних масивів зумовлюють гостру виробничу потребу в оперативному уточненні цих показників безпосередньо в процесі ведення гірничих робіт.
Традиційні лабораторні методи отримання повних кривих «напруження–деформація» є тривалими, трудомісткими та потребують спеціалізованого обладнання, яке зазвичай територіально віддалене від місць ведення гірничих робіт. Це обмежує можливість оперативного уточнення характеристик порід. У зв’язку з цим важливим є експрес-оцінювання властивостей кернового матеріалу безпосередньо на виробничій базі підприємства. Водночас результати пресових випробувань залежать від контактної взаємодії зразків із плитами випробувального преса, їх геометричних параметрів, зокрема відношення висоти до діаметра H/D, та параметрів випробувальної системи. Це зумовлює необхідність розроблення аналітичних і методичних підходів, які враховують зазначені чинники під час визначення та інтерпретації деформаційно-міцнісних характеристик.
Перший розділ дисертації присвячено аналізу сучасних методів і чинників визначення міцності гірських порід, а також впливу геометрії зразків та умов контактної взаємодії на результати випробувань. Виконано порівняльний аналіз прямих і непрямих методів визначення міцнісних характеристик та рейтингових класифікацій породного масиву. Сформовано наукове обґрунтування необхідності розроблення аналітичних підходів, які враховують геометричні параметри зразків і контактне тертя під час інтерпретації результатів випробувань.
У другому розділі розроблено аналітичні методи визначення параметрів руйнування циліндричних і високих призматичних зразків гірських порід за клиноподібної форми руйнування з урахуванням їх геометрії та контактної взаємодії з плитами преса. Для циліндричних зразків запропоновано закон розподілу контактних нормальних напружень, який враховує зміну ширини несучої області під час розвитку поверхонь руйнування. Для високих призматичних зразків на основі теорії ліній ковзання, критерію Кулона та експоненціального розподілу контактних напружень за Є.П. Унксовим установлено, що збільшення висоти послаблює вплив контактного тертя та знижує розрахункову границю міцності. У розглянутому розрахунковому випадку її значення зменшилося з 67,0 до 47,0 МПа, тобто приблизно на 30 %, при цьому повного усунення впливу контактного тертя лише за рахунок збільшення висоти зразка не досягається.
У третьому розділі розроблено методику отримання повних кривих «напруження–деформація» та визначення деформаційно-силових характеристик гірських порід безпосередньо на виробничій базі гірничих підприємств із використанням наявного пресового обладнання та мобільного вимірювального комплексу. Експериментально досліджено вплив геометрії циліндричних зразків модельного гіпсового матеріалу в діапазоні H/D = 0,5–3,0 на післяпікове деформування і форму руйнування. Установлено перехід від контактно-стримуваного поступового руйнування низьких зразків до переважно поздовжнього крихкого руйнування високих; модуль післяпікового спаду змінювався від близько 0,2 ГПа при H/D = 0,5–1,0 до 9,7 ГПа при H/D = 3,0. Загальна тенденція його зростання для дослідженої серії описується експоненціальною апроксимацією з коефіцієнтом детермінації R² = 0,90.
У четвертому розділі представлено результати виробничої апробації розробленої методики у чотирьох підготовчих виробках шахт Західного Донбасу та на ділянці відпрацювання запасів цілика № 206 пласта n7 шахти «Надія». Установлено стадійний характер впливу фактичної міцності вміщуючих порід на параметри рамно-анкерного кріплення: під час проведення виробок та їх підтримання попереду очисного вибою уточнення міцнісних характеристик не змінювало прийнятого кроку установлення рам, тоді як позаду очисного вибою зменшення середньої розрахункової міцності приконтурного масиву на 8,5–22,4 % спричиняло збільшення навантаження на рами на 6,7–15,5 % і потребувало переходу до меншого допустимого кроку. Анкерне зміцнення порід покрівлі знижувало навантаження на рами на 8,0–20,9 % та забезпечувало можливість збереження прийнятого кроку їх установлення 0,7–0,8 м. На шахті «Надія» підтверджено відповідність фактичних міцнісних характеристик порід проєктним вихідним даним, покладеним в основу рішень щодо механізованого кріплення МК-98.
Наукове значення роботи полягає у розвитку уявлень про механізм впливу геометричних параметрів зразків і контактної взаємодії з плитами преса на формування їх несучої площі, розрахункову границю міцності та післяпікове деформування.
Дата реєстрації
2026-09-18
Додано/оновлено в НРАТ
2026-09-18 / 2026-10-09
