Эффективное крепление подземных горных выработок как фактор снижения последствий геодинамических явлений

А.И. Конурин
Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук, г. Новосибирск, Российская Федерация
Горная Промышленность №5/ 2026 стр. 135-141

Резюме: В статье представлена сравнительная оценка систем крепления подземных горных выработок в удароопасных и высоконапряженных условиях методом конечных элементов. Актуальность работы обусловлена тем, что при динамических проявлениях горного давления отказ выработки определяется не только прочностью отдельных элементов, но и работоспособностью системы «массив – крепь – удержание поверхности» в целом. Цель исследования – сопоставить пять вариантов крепления по единой расчетной схеме при одинаковых исходных условиях. Использована пространственная конечно-элементная модель арочной выработки с учетом упругопластического поведения массива по критерию Мора– Кулона, исходного напряженного состояния и трех расчетных сценариев: базового высоконапряженного состояния, ослабленной приконтурной зоны и эквивалентного динамического воздействия. Сопоставление выполнено по смещениям кровли и бортов, объему пластической зоны, напряжениям в элементах крепи, протяженности зоны нарушения сцепления и интегральному показателю эффективности. Установлено, что комбинированная система с энергопоглощающими анкерами и фиброармированным торкретбетоном обеспечивает наибольшее снижение смещений и поврежденности приконтурного массива. Базовая система без специальных энергопоглощающих элементов показала наибольшую чувствительность к ослаблению приконтурной зоны и импульсному воздействию. Практическая значимость работы заключается в возможности использовать предложенную расчетную схему при предварительном выборе крепи для выработок в удароопасных массивах и при постановке детальных проектных расчетов. Научная новизна состоит в сопоставлении пяти систем крепления по единому набору количественных критериев в рамках одной расчетной постановки.

Ключевые слова: горный удар, подземная выработка, система крепления, энергопоглощающая крепь, анкерная крепь, торкретбетон, численное моделирование, метод конечных элементов, устойчивость выработок

Благодарности: Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда №25-27-00034.

Для цитирования: Конурин А.И. Эффективное крепление подземных горных выработок как фактор снижения последствий геодинамических явлений. Горная Промышленность. 2026;(5):135–141. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2026-5-135-141

Информация о статье

Поступила в редакцию: 30.05.2026

Поступила после рецензирования: 22.06.2026

Принята к публикации: 08.07.2026

Информация об авторах

Конурин Антон Игоревич – кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0003-3373-2382; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Список литературы

1. Cai M. Principles of rock support in burst-prone ground. Tunnelling and Underground Space Technology. 2013;36:46–56. https://doi.org/10.1016/j.tust.2013.02.003

2. Morissette P., Hadjigeorgiou J. Ground support design for dynamic loading conditions: A quantitative data-driven approach based on rockburst case studies. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering . 2019;11(5):909–919. https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2019.03.002

3. Li C.C., Stjern G., Myrvang A. A review on the performance of conventional and energy-absorbing rockbolts. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering . 2014;6(4):315–327. https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2013.12.008

4. Sharifzadeh M., Lou J., Crompton B. Dynamic performance of energy-absorbing rockbolts based on laboratory test results. Part I: Evolution, deformation mechanisms, dynamic performance and classification. Tunnelling and Underground Space Technology . 2020;105:103510. https://doi.org/10.1016/j.tust.2020.103510

5. Li C.C. A new energy-absorbing bolt for rock support in high stress rock masses. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences . 2010;47(3):396–404. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2010.01.005

6. Li C.C. Performance of D-bolts under static loading. Rock Mechanics and Rock Engineering. 2012;45(2):183–192. https://doi.org/10.1007/s00603-011-0198-6

7. Li C.C., Doucet C. Performance of D-Bolts under dynamic loading. Rock Mechanics and Rock Engineering . 2012;45(2):193–204. https://doi.org/10.1007/s00603-011-0202-1

8. Shirzadegan S., Nordlund E., Zhang P. Large scale dynamic testing of rock support system at Kiirunavaara underground mine. Rock Mechanics and Rock Engineering. 2016;49(7):2773–2794. https://doi.org/10.1007/s00603-016-0939-7

9. Li C.C., Hadjigeorgiou J., Mikula P., Knox G., Darlington B., Royer R. et al. Performance of identical rockbolts tested on four dynamic testing rigs employing the direct impact method. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering . 2021;13(4):745–754. https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2021.01.003

10. Семенова И.Э., Аветисян И.М. Развитие концепции геомеханического обоснования горных работ в удароопасных условиях. Горный журнал. 2022;(1):28–33. https://doi.org/10.17580/gzh.2022.01.05

11. Еременко В.А., Лушников В.Н. Методика выбора «динамической» крепи выработок для месторождений склонных и опасных по горным ударам. Горный информационно-аналитический бюллетень . 2018;(12):5–12. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2018-12-0-5-12

12. Лушников В.Н., Еременко В.А., Сэнди М.П., Косырева М.А. Выбор анкерной крепи для выработок, пройденных в шахтах, склонных к горным ударам. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых . 2017;(3):86–95. Режим доступа: https://www.sibran.ru/upload/iblock/43d/43dcd4f95575c7a675b718804254904e.pdf (дата обращения: 15.03.2026).

13. Бушков В.К., Шеметов Р.С. Определение устойчивости и обоснование систем крепления горных выработок при переходе к отработке Олимпиадинского месторождения подземным способом. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020;(9):40–54. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-9-0-40-54

14. Косырева М.А., Еременко В.А., Горбунова Н.Н., Терешин А.А. Расчет параметров крепи выработок с использованием программы Unwedge на рудниках ЗФ ПАО «ГМК «Норильский никель». Горный информационно-аналитический бюллетень. 2019;(8):57–64. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2019-08-0-57-64

15. Kong C., Xiao M., Yuan Q., Zhan S. A numerical model for fully grouted rock bolts considering the nonlinearities of the bolt and the bolt-grout interface. Computers and Geotechnics. 2023;160:105522. https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2023.105522

16. Еременко А.А., Конурин А.И., Христолюбов Е.А., Штирц В.А. Определение напряжений в массиве горных пород в районе подготовительных и нарезных выработок на удароопасных железорудных месторождениях. Фундаментальные и прикладные вопросы горных нау к. 2020;7(1):57–63. https://doi.org/10.15372/FPVGN2020070109

17. Saw H., Villaescusa E., Windsor C.R., Thompson A.G. Laboratory testing of steel fibre reinforced shotcrete. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2013;57:167–171. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2012.08.008 A review. Construction and Building Materials . 2025;470:140432. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2025.140432

18. Li Y., Ahmed A., Li D. Mechanical behaviour of fiber-reinforced grout in rock bolt reinforcement. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering . 2024;16(2):437–453. https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2023.06.016

19. Liu H.-L., Li X.-A., Wang L.-C., Li L.-P., Zhou Z.-Q., Liu Z.-Q., Gong L. Study on the anchoring properties of new water glassmodified alkali-activated portland cement materials. Construction and Building Materials. 2024;450:138628. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.138628

20. Li X., Aziz N., Mirzaghorbanali A., Nemcik J. Behavior of fiber glass bolts, rock bolts and cable bolts in shear. Rock Mechanics and Rock Engineering . 2016;49(7):2723–2735. https://doi.org/10.1007/s00603-015-0907-7

21. Gregor P., Mirzaghorbanali A., McDougall K., Aziz N., Jodeiri B. Shear behaviour of fibreglass rock bolts for various pretension loads. Rock Mechanics and Rock Engineering. 2023;56(11):8083–8113. https://doi.org/10.1007/s00603-023-03474-1

22. Ma H., Bai X., Han J., Hao Z., Yan N., Dong X. Experimental study on the mechanical properties of GFRP bolts: Insights from failure modes and adhesion strength of the rod-grout interface. Case Studies in Construction Materials . 2025;23:e05103. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2025.e05103

23. Неугомонов С.С., Волков П.В., Жирнов А.А. Крепление слабоустойчивых пород усиленной комбинированной крепью на основе фрикционных анкеров типа СЗА. Горный журнал. 2018;(2):31–34. https://doi.org/10.17580/gzh.2018.02.04

24. Wang B., Guo X., Jin H., Li F., Song Y. Experimental study on degradation behaviors of rock bolt under the coupled effect of stress and corrosion. Construction and Building Materials. 2019;214:37–48. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.03.335

25. Hu Y., Zheng M., Feng W., Tong J., Wang Y., Wang Q. et al. Interface bond degradation and damage characteristics of fulllength grouted rock bolt in tunnels with high temperature. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2023;15(10):2639–2657. https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2023.04.018