CC BY
46
Физико-механические основы нетрадиционных технологий добычи
твердых полезных ископаемых
Е.И. Шемякин
Московский государственный университет, Москва, 119899, Россия
Проведен анализ результатов научных исследований в области нетрадиционных технологий добычи полезных ископаемых. Обсуждены сведения о волнах напряжений в горном массиве от подземного взрыва при совершенствовании технологии взрывных работ. Отмечена связь процессов изменения массива после действия ударной волны с результатами опытов по измерению напряженно-деформированного состояния образцов горной породы при сжатии. Предложено использовать полученные сведения при решении известной задачи о поведении горных пород в окрестности глубоких выработок.
Physical and mechanical fundamentals of unconventional technologies of solid mineral development
E.I. Shemyakin
Moscow State University, Moscow, 119899, Russia
Investigation findings in the area of unconventional technologies of solid mineral development are analyzed. Data on stress waves induced by an underground explosion in a rock mass at the improvement of blasting techniques are discussed. The relation of changes in the rock mass after shock wave effect with the experimental measurement results for the stress-strain state of rock samples in compression is noted. It is proposed to use the obtained evidence for solving the known problem on rock behavior in the vicinity of a deep mine opening.
Незначительный прогресс в исследованиях горного массива, достигнутый за последние десятилетия, заставляет задуматься над тем, правильно ли расставлены акценты и выявлены приоритеты в изучении механики горных пород и физико-химических свойств пород в массиве. Конечно, в знаниях о горном массиве имеются обнадеживающие результаты: осуществлена количественная оценка блочной структуры массива, изучены иерархия структур и такой процесс, как локализация деформаций, определены физико-механические свойства горных пород при этих процессах. Тем не менее, практическая реализация этих знаний при создании новых, в том числе нетрадиционных технологий (включая средства механизации для буровзрывных работ и транспорта), идет чрезвычайно медленно.
Для первого обсуждения автор выбрал две области исследований механики массива, которые могли бы существенно повлиять на развитие новых технологий и
на повышение эффективности известных способов извлечения полезных ископаемых. Первая область связана с изучением ближней зоны взрыва, или зоны «предраз-рушения» [1, 2], вторая — с получением новых данных о так называемом «запредельном» деформировании горных пород [3-5]. Выбор этих областей исследований, как будет видно из дальнейшего, не случаен. Более того, можно заранее утверждать, что, по-видимому, в обоих случаях имеют место сходные процессы изменения состояния горной породы при некотором критическом нагружении и восстановление (возможно, частичное) исходного состояния по истечении некоторого времени. В целом, очевидно, иллюстрируется влияние физикохимических процессов при динамическом или квазиста-тическом нагружении на состояние горных пород [6, 7].
Обратимся к первой области исследований — изучению поведения прочных и весьма прочных горных пород при подземном взрыве стандартных химических
© Шемякин Е.И., 2006
взрывчатых веществ. Напомним некоторые основные экспериментальные и теоретические свойства о волнах напряжений в ближней зоне взрыва размером около 100 Дззр1, где Лззр — радиус заряда.
При традиционном описании горного массива с собственной трещиноватостью для характеристики механического поведения часто пользуются сведениями о скоростях продольных Ур и поперечных У8 волн и плотности р0. Так, типичным представителем прочных и очень прочных горных пород можно считать массив со скоростями Ур - 6 км/с и - 3 км/с и объемной плотностью ро = 2.5...2.7 г/см3.
Эти величины обычно коррелируют с показателем М.М. Протодьконова / = 14...16, что позволяет считать указанную далее характеристику волн напряжений типичной для прочных горных пород.2
На основании экспериментальных результатов [8] получены следующие качественные и количественные данные о волнах напряжений в ближней зоне, начиная от 2...3 Язар и до 100...120 Язар.
Волна напряжений имеет эпюру «напряжение аг -время t», или «радиальная скорость V - время t», показанную на рис. 1. Там же приведена эпюра «радиальное перемещение wтах - время t».
При взрыве стандартных взрывчатых веществ с нормальной плотностью заряжания волна напряжений на расстояниях 2...3 Rзар не является ударной, хотя и характеризуется временем резкого нарастания г нар по отношению к времени спада гспад напряжений: на близких расстояниях гнар/гспад - 0.1, хотя и увеличивается до
0.2...0.3 на расстояниях 100 Язар. Такую волну предложено называть «короткой» [8, 9], имея в виду сравнительно малую пространственную область нарастания больших напряжений и скоростей по сравнению со всей областью действия волны в ближней зоне, причем «короткая» волна—«почти» ударная. Для такой волны экспериментально подтверждаются соотношения:
-аг(0-Ро \ГР’ -8 г = УР Ч, О)
где 8г — объемная деформация, строго справедливая для ударной волны В = V (где В — скорость распространения скачка) или для плоской упругой волны со скоростью распространения Ур.
Этот факт и позволяет пересчитывать экспериментальную эпюру vг(t) к аг(г) хотя бы на участке нарастания, включая а г . Это закономерно, поскольку вы-
гтах
1 Для сосредоточенного заряда тротила или эквивалентного ему по
энергии сферического заряда массой Q (кг), Rзар - /19.
2 Заметим, что скорости Ур, У8 определяются на некоторой, доста-
точно большой базе (порядка длины волны), а значение / устанавливается либо по образцам, либо по косвенным данным бурения и механического разрушения. Поэтому отмеченная корреляция условна.
ражения (1) следуют из законов сохранения масс и количества движения.
В ближней зоне взрыва стандартного взрывчатого вещества в прочных горных породах волна напряжения является слабой уже на близких расстояниях: аг V.
—^ = —^ - 0.05...0.1. (2)
Ур
В ближней зоне, несмотря на малость деформации, определенной по уравнению (2), напряжения достигают значений в десятки тысяч атмосфер, а массовые скорости — сотен метров в секунду (несмотря на «слабость» волны напряжений). Иными словами, параметры волны таковы, что она в состоянии разрушить структуру горных пород, слагающих массив, и тем самым разрушить собственно массив.
Отметим еще один экспериментальный факт, вызвавший в свое время обсуждение и споры. Если обратиться к эпюре а г(г) (рис. 1), то надо отметить, что в точке а г происходит смена нагружения (увеличение
радиального сжатия) на разгрузку, так что аг рас-
пространяется со скоростью волн разгрузки радиального сжатия в соответствии с теорией Х.А. Рахматулли-на о волнах разгрузки. Но скорость волны разгрузки для короткой и слабой волн близка к скорости звука на участке нагружения, т.е. к скорости Ур, что подтверждается экспериментально. Это примечательный факт: если судить о состоянии среды только по величине измеряемой скорости продольных волн Ур, то можно сделать неправильный вывод о том, что среда в ближней зоне находится в упругом состоянии. Для более точного вывода о состоянии среды необходимо оценить сопротивление сдвигу.
Рассмотрим следующую картину деформирования среды при распространении волны напряжений (рис. 2).
На рисунке схематично показано расположение блоков (шариков) горной породы на разных расстояниях волны напряжений от центра взрыва: Я2 > Я1. Эта картина иллюстрирует возможную работу сил трения в волне напряжений, в том числе и на участке спада радиальных напряжений вплоть до достижения wmax: до тех пор пока радиальное перемещение wmax положительно, в волне напряжений совершается работа против сил трения, на что дополнительно расходуется энергия про-
уг,
Рис. 1. Эпюры волны напряжений в ближней зоне взрыва
РоУр2
Рис. 2. Схемы деформирования горного массива при распространении в нем волны напряжений: а — при расстоянии от центра взрыва Rl; б — при R2 > Rl
дуктов взрыва. Кроме того, иначе, чем в упругом случае, связаны напряжения и деформации. Эти соображения позволили авторам [8] ввести в рассмотрение вместо упругого сопротивления сдвигу закон трения между частицами-блоками, что привело (в пренебрежении сцеплением) к следующему соотношению между главными нормальными напряжениями аф = а0 и аr в сфери-чески-симметричной волне напряжений:
аф = а0 = аа г, (3)
где а — коэффициент бокового давления, учитывающий силы трения.
Соотношение (3) замыкает описание поведения среды при нагружении в волне напряжений и практически не затрагивает связи первых инвариантов напряжений,
3а=а r +аф+а0=а r + 2аф,
и деформаций,
£ = £r +6ф+£0 = £ r + 2£ф,
которая описывает объемные деформации и может быть линейной:
а = K£ (K = const) (4)
или слабонелинейной [8, 9].
Как следует из этих представлений, основное влияние на расход энергии взрыва в ближней зоне оказывает трение (а Ф 1). Не останавливаясь на сравнении связей напряжений и деформаций для упругой среды и среды с трением, что подробно изложено в статьях [8-11], укажем основные выводы, подлежащие обсуждению при изучении зоны «предразрушения».
Экспериментальные данные о затухании амплитуд в сферически-симметричной волне напряжений при взрыве в прочных горных породах позволяют получить следующее выражение:
С
а r
(С, n = const),
(5)
где n = 1.6...1.8 при 3...5 R3ap < r < 100 R3ap.
В том же диапазоне расстояний скорость распространения волны практически совпадает с величиной VP,
измеренной независимо по первым вступлениям и максимальным амплитудам. Если, судя по величине Ур, принять упругую модель, то показатель п для короткой и слабой волны был бы практически равен единице (если же учесть слабую нелинейность в объемной сжимаемости (4) и в законе трения (3), то показатель п был бы несколько больше 1, но, во всяком случае, не равен 1.6). Возникают собственно вопрос и естественный ответ о расходе энергии взрыва при распространении волны напряжений. Трение и изменение состояния среды во время распространения волны являются основной причиной затухания, существенно более высокого, чем в упругой среде. След этого затухания и есть «предраз-рушение» [2, 9].
Закон затухания (5) привычен для физиков-взрыв-ников. Он подтвержден большим количеством опытов, в том числе весьма ответственных. Это заставляет всерьез обратиться к оценке последействия этой «застрявшей» доли энергии, переданной волной напряжений массиву горных пород в ближней зоне подземного взрыва. Поэтому правомерно также использовать модель среды с учетом закона затухания (5) при показателе п, равном
п = 2 - а,
где а = 0.2...0.4 (на основании факта о величине скорости распространения волны напряжений в ближней зоне [10]).
В связи с различием законов затухания максимальных амплитуд напряжений (скоростей частиц) в среде с трением и в упругой среде следует отметить, что очень важно в опытах с одним и тем же массивом прочных горных пород проследить два факта одновременно: закон затухания аг (V- ) и изменение скорости рас-
гтах гтах
пространения в том же диапазоне расстояний. Таких данных в прямом сопоставлении немного [8, 10], но они подтверждают указанные выводы. Обычно их представляют в виде двух графиков (рис. 3).
Приведем также закон затухания максимальных амплитуд в случае цилиндрической симметрии с главными напряжениями аг, аф, аг (ось z направлена вдоль оси цилиндрического скважинного заряда):
тг-п12
а r
(6)
где п = 2 - а, что для реальных ситуаций дает п = = 0.8...0.9.
Не останавливаясь на детальном анализе различных вариантов проявления трения в волне напряжений (рис. 4), укажем, что поля напряжений, определяемые по уравнению (6), можно оценивать по сумме значений рядом расположенных зарядов. При этом,
аф
-аа r
и сложение произойдет для эпюр типа приведенных на рис. 1 в одни и те же моменты времени. Зона «предраз-рушения» в случае цилиндрической симметрии оцени-
Рис. 3. Опытные данные о затухании волны (а) и скорости ее распространения (б)
ваемая по закону затухания, имеет большие размеры, чем при сферической симметрии.
Применение этих новых знаний о существовании зоны «предразрушения» для обоснования нетрадиционных технологий сдерживается несколькими факторами.
1. Оценка размеров зоны ослабленной или разрушенной горной породы в окрестности одиночного (сферического или цилиндрического) заряда, а затем и под воздействием группы зарядов, с учетом свободных поверхностей (т.е. с учетом откольных разрушений).
Несмотря на сложность поставленных задач обнаружение зоны «предразрушения» с учетом вытекающих практических следствий почти очевидно с теоретической точки зрения. Казалось бы, оцените величину Якр (рис. 3, а), проверьте устойчивость Ур по годографу
Рис. 4. Поля напряжений в цилиндрических волнах: а — одиночный заряд; б — двойной заряд
(рис. 3, б) и используйте Якр для оценки зоны «предраз-рушения». Но это не так просто, особенно если иметь в виду «деликатность» опытов по оценке законов затухания в реальных условиях. Поэтому нужны другие, более простые оценки размеров Якр.
2. Оценка временны х факторов существования зоны «предразрушения» в различных по физико-химическим свойствам горных массивах.
Имеющиеся косвенные данные измерений позволяют считать, что в существовании самой этой зоны фактор времени имеет большое значение: по истечении некоторого времени после взрыва (часы? сутки?) прочность горного массива в окрестности заряда восстанавливается, массив «заживляет» дефекты, возникшие в волне разрушения. Можно представить себе картину возникновения «предразрушения» с помощью схемы на рис. 2: трение частиц и возникновение разрушений, особенно на границах между прочными частицами, приводят к проявлению механохимических эффектов. Какие свойства горных пород контролируют развитие этих ослаблений и позволяют объяснить возможное залечивание? Как оценить эти свойства по структуре реального горного массива и петрографии слагающих его горных пород? Можно предположить, что в первую очередь следует рассмотреть термофизические свойства горного массива, а затем, видимо, осуществить измерения теплопроводности массива (включая его естественную трещиноватость, неоднородность и анизотропию) и оценить корреляцию этих данных с существованием эффектов разрушений и размеров зоны «предразрушения».
Конечно, эти измерения по качеству и объему также достаточно деликатны, но по сути происходящих физико-химических процессов следует произвести оценку этих величин с практической точки зрения [6, 7]. Особенно это важно в связи с развитием остаточных давлений в газовой полости после взрыва и поддержанием перемещений частиц за волной напряжений, ответственных за нарушение контактов между частицами и за проявление физико-химических свойств.
Эти две группы физических исследований не мешают искать более простые пути [2, 12]. В ряде новых предложений по применению сведений о зоне «предраз-рушения» в технологиях для угольных шахт приведены сведения о контроле за изменением остаточной скорости в зоне «предразрушения» [12]. Это интересно, но вызывает сомнение будущее развитие этого метода для прочных горных пород в связи со слабым изменением значения Ур в опытах. Другое предложение заключается в том, чтобы после камуфлетного взрывания цилиндрического заряда (с бурением из выработки или поверхности) контрольным бурением соосных скважин на разных расстояниях между осями основной скважины и контрольных скважин по буримости оценить интегральное изменение прочности горного массива в зоне ожи-
даемого «предразрушения» [13-16]. Важно повторить в сходных условиях эти измерения (по буримости) через различные промежутки времени (часы? сутки?) для оценки эффекта заживления.
Вторая область исследования, новые знания которой могут оказать влияние на развитие нетрадиционных технологий в горном деле, охватывает большой круг исследований «запредельного» деформирования горных пород. Так было названо поведение горных пород при деформациях, отвечающих максимальным напряжениям на диаграмме «одноосное сжатие - осевая деформация», хотя, как будет видно, эти же особенности обнаруживаются и в схеме Кармана (осевое сжатие с боковым, ограничивающим напряжением) и в других, более сложных условиях нагружения и деформации. Главным свойством, на которое при этих условиях четко указал А.Н. Ставрогин, оказалось обнаружение остаточной прочности, хотя после максимально достигнутого нагружения при общем падении напряжений деформации продолжают расти. По этой же причине сейчас и в механике грунтов эту часть диаграммы «напряжение - деформация» называют «ниспадающая ветвь». Конечно, обнаружение этого свойства стало возможным только после создания испытательных машин с «жестким» нагружением. Первым, кто предложил сконструировать и испытать машину с заданными программами по деформациям, был А.А. Ильюшин.
В целом изучение этих материалов представляет большой интерес для горной промышленности, так как знание свойств «запредельного» деформирования оказывается основным при освоении глубоких месторождений угля и руды. В этих условиях само понятие «большой глубины» является относительным: большой называется также глубина, на которой горное давление в нетронутом массиве превосходит некоторую условную прочность (максимальное значение?) горного массива. Из самого определения следует тесная связь между задачами освоения больших глубин и изучением свойств горных пород при запредельном деформировании. Забегая вперед, можно сказать, что существование остаточной прочности в этом состоянии обеспечивает основное требование устойчивости горных выработок в условиях высокого горного давления [17].
При всей важности проблемы и большом количестве исследований изучение поведения горного массива на больших глубинах ставит целый ряд вопросов, требующих ответа. В чем природа остаточной прочности? Каковы физико-химические процессы, сопровождающие переход к «ниспадающей» ветви? Как во времени изменяются эти свойства горных пород, слагающих массив? Как изменяется сам массив?
Рассмотрим основные результаты этого раздела с тех же позиций механики, что и материалы первого раздела. В сравнении напряженно-деформированного состояния образца горной породы имеют место следующие различия. Если в «короткой» волне напряжений изменение объема 8 происходит практически только за счет деформации 8г, а появление деформаций 80 = 8ф следует учитывать только при развитии перемещений, и все это формирование, начиная с участка нарастания напряжений при аф = 2а г, происходит в условиях перехода от одноосной деформации к трехосному деформированному, стесненному соседними элементами, то в условиях квазистатических испытаний по схеме Кармана или близкой к ней «жесткой» машине А.Н. Ставрогина имеет место другое состояние. А именно: при пропорциональном изменении осевого напряжения а1 и боковых ограничивающих напряжений (а2 = а3) заданные (контролируемые) деформации 81 никак не ограничивают развитие боковых (нормальных) деформаций 82 =83. Это существенно отличает схемы первого и второго разделов, так как затрудняет разделение эффектов объемного и сдвигового деформирования, включая эффект дилатансии — изменение объема элемента при сдвигах (рис. 5).
Тем не менее, попробуем оценить по отдельности эффекты объемного и сдвигового деформирования. Именно для этих целей была задумана и изготовлена испытательная машина с жестким нагружением эквивалентного материала простым сдвигом [18, 19], в которой раздельно было изучено развитие сдвигов с локализацией деформаций и возникновение дилатансионных эффектов при определенном уровне сдвигов (рис. 6).
На рис. 6 заданы перемещения стенки ВВ'С'С при неподвижной стенке АА'ВВ, измеряются сдвиг у и касательные напряжения т.
Рис. 5. Схемы деформирования образцов горной породы при сжатии: а — с боковым поджатием образца (аф = а0 = ааг); б — с ограниченным боковым поджатием (аф = а0 Ф ааг); в — упругое деформирование
Рис. 6. Схема установки для испытаний образцов горной породы на сдвиг
Основные результаты были сформулированы следующим образом: при простом сдвиге возникновение поверхностей скольжения (локализация деформаций сдвига) происходит практически при переходе к ниспадающей ветви (запредельному деформированию на сдвигах), при геометрически постоянном объеме материала существенные изменения также происходят в основном на ниспадающей ветви. Эти результаты получены на эквивалентном материале, но нет серьезных оснований ожидать отличий для конкретных горных пород и грунтов.
Еще раз подчеркнем, что в опытах задавалось перемещение и подвижной стенки, а измерялись сдвиг у и касательное напряжение т, при этом в ходе испытаний были определены зависимости т(у) с ниспадающим участком при т > ттах, соответствующим в пределах точности измерений возникновению поверхностей локализации. Эти материалы дают достаточные основания для суждения о вкладе деформаций сдвига в общий процесс деформирования образца (элемента) горной породы под действием заданных перемещений и в «жесткой» машине.
Этот процесс теперь можно представить так: до достижения значения а1 (и одновременно ттах) мате-
риал деформируется однородно, если внешние параметры изменяют напряжение пропорционально одному параметру (например, времени). После достижения а1 развиваются поверхности локализации деформаций сдвига (возможно, с несимметричным скольжением по площадкам одного семейства), материал разделяется на части (блоки, полоски), которые проскальзывают друг по другу (трение). Поэтому остаточная прочность горной породы в новом состоянии практически связана с трением блоков или полосок друг о друга. Объем бло-
ков или полосок практически остается на уровне, достигнутом при а1 , а исчисляемое изменение объема
1тах
связано только с дилатансией. Объем при достигнутых сдвигах исчисляется как средний по геометрическому внешнему объему, занятому деформируемой средой без учета возникающих разуплотнений (зазоров) по площадкам локализации деформации. Особенно ярко это наблюдается при росте деформаций 82 или 83 на ниспадающем участке деформирования [18, 20, 21].
При этом автор не останавливается подробно на механизме деформирования за пределом а1 , чему по-
-*-тах
священа отдельная статья [22].
Укажем прямую связь особенностей деформирования горных пород за пределом а^ с поведением гор-
цах
ных пород на больших глубинах в окрестности выработки или впереди лавы при очистных работах (рис. 7).
Традиционное представление о зоне опорного давления для простого случая гидростатического исходного напряженного состояния иллюстрируется историей деформирования горного массива: первоначальное состояние блока горной породы сменяется неравномерным напряжением, при этом а^ растет по величине, ах отстает на величину, связанную со сцеплением, ау остается практически неизменным. При достижении а ^ максимального значения (по предположению глубина является большой, так что а _ по величине пре-
^тах
восходит а г для образца горной породы) развиваются поверхности локализации в связи с максимальными сдвигами и дилатансией (в случае отжима в сторону очистного пространства). Дальнейшее продвижение забоя переводит горный массив в состояние с остаточ-
х ^у
Рис. 7. Схема деформаций (80 <8) угольного пласта вблизи забоя (а) и в окрестности одиночной выработки (б)
ной прочностью, в котором возможны различные варианты [14, 23].
Например, один из вариантов связан с задержкой реализации поверхностей скольжения (локализация деформаций), при которой энергия упругих деформаций накапливается и может выделяться неконтролируемым образом (динамические явления). В этом случае остаточная прочность и ее изменение могут сыграть отрицательную роль. Второй вариант связан с эффектом раскалывания вдоль оси г, при котором поверхности локализации соединяются так, что отжим в сторону очистного пространства приводит к разгрузке напряжения ах и возникновению «ложного» забоя в пласте. Этот переход может произойти быстро или медленно, что неизвестно. В любом варианте остаточная прочность массива после возникновения поверхностей локализации деформаций должна быть оценена и учтена в технологическом процессе, как это предлагается в ряде практических рекомендаций [23].
Развитие напряженно-деформированного состояния «изнутри» пласта к забою иллюстрирует рост нагрузки ах в опытах с образцами для исследуемого полезного ископаемого.
То же самое рассуждение следует повторить и для окружающих пласт горных пород (особенно для ложной кровли и ее остаточной прочности). Тем более что смена состояния сжатия в кровле (почве) в окрестности пласта на растяжение (выпучивание) приводит к росту влияния сдвигов и к необходимости оценки остаточной прочности для выбора крепи в очистном забое, это особенно важно для механизированных лав.
Остановимся в заключение описания деформационной картины на ряде конкретных выводов, относящихся к состоянию горного массива в окрестности горной выработки на большой глубине. Кроме очевидных повторений результатов для лавы (формирование зоны опорного давления, роль остаточной прочности, оценка давления на крепь), здесь возникают дополнительные вопросы, касающиеся конкретной ситуации при проходке выработки (роль временной крепи) и ее поддержание (симметричность напряжений и роль кольцевых напряжений аф).
Рассмотрим, прежде всего, основной вопрос [14] — выбор крепи и оценка постоянной крепи. На рис. 7, б показана картина локализаций деформаций в области запредельных деформаций ^ в окрестности выработки. Конечно, слоистость, анизотропия и неравномерность исходного напряженного состояния окажут существенное влияние на развитие поверхностей локализации и их несимметрию (I или II семейства). Но несомненно одно: в области ^ массив горной породы переходит в разрушенное горным давлением состояние и удерживается от вывала за счет трения и несимметрии скольжения по семействам I и II. Оба этих фактора влияют
на оценку отпора крепи, определяя объем (массу) пород, которые крепь должна удержать от вывала. Эти обстоятельства хорошо подтверждаются экспериментально и удовлетворительно объясняют парадокс М.М. Прото-дьяконова [20, 23, 24]. Несущая способность постоянной крепи выработки с пролетом 2R приближенно оценивается массой горной породы, которую нужно удержать от вывала и которая определяется площадью между крайними линиями скольжения (поверхностями локализации) и диаметром выработки (на погонный метр вдоль оси выработки). При этом несимметрия деформирования и изменение величины R* с глубиной выработки идут в запас прочности.
Следовательно, в расчете крепи участвует величина пролета 2R, угол трения ф, который влияет на высоту зоны вывала (для ф = 30° эта высота = 1^) и удельный вес разрыхленной горной породы (с учетом дилатан-сии), равный 2.7...3.0 т/м3. Для выработки с R ~ 3 м удельный вес будет равен 20 т/м3.
Таким образом, в условиях больших глубин влияние напряжений и развитие деформаций таковы, что горные породы переходят в новое состояние, которое близко к поведению сыпучего материала с практически постоянным углом трения и со слабым влиянием сцепления. Это состояние, где основным является трение и масса пород, требует иных решений в технологическом цикле: сооружение (проходка и крепление) выработки - временная крепь - постоянная крепь - возможное погашение выработки.
Переход горных пород в запредельное состояние в окрестности глубокой выработки может сопровождаться изменением физико-химических свойств пород на контактах (линии поверхности скольжения и локализации, образование блочной структуры), что обычно описывается изменением поверхностной энергии во времени. Возможно проявление ползучести горных пород и релаксации напряжений, что также можно описать теоретически, если считать, что временные эффекты преимущественно развиваются при запредельных деформациях. Это один из важных вопросов, связанный с разработкой нетрадиционных технологий выемки угля, требующий дальнейшей экспериментальной оценки [7, 16, 25, 26].
Литература
1. Мулътанов С.И., Ткаченко Н.Ф. Направления развития нетрадиционных технологий добычи угля и переработки его на месте залегания // Горный вестник. - 1993. - № 1. - С. 60-63.
2. Александров В.Е. и др. Изучение зоны взрывного предразрушения
в сухих и водонасыщенных песчаниках // Научно-техн. дост. и передовой опыт в угольной промышленности. - 1991. - № 6. -С. 28-29.
3. Ставрогин А.Н., Протосеня А.Г. Прочность горных пород и устойчивость выработок на больших глубинах. - М.: Недра, 1985. -275 с.
4. Тарасов Б.Г. Закономерности деформирования и разрушения горных пород при высоких давлениях / Дис. ... докт. наук. - СПб.: ЛГИ, 1992.
5. Лодус Е.В. Энергообмен при деформировании и разрушении горных пород / Дис. ... докт. наук. - СПб.: ВНИМИ, 1993.
6. Ребиндер П.А., Щукин Е.Д. Поверхностные явления в твердых телах в процессах их деформации и разрушения // Успехи физ. наук. - 1972. - Т. 108. - № 1. - С. 3-42.
7. Перцев Н.В., Коган Б.С. Физико-химическая геомеханика // Физи-
ко-химическая механика. - 1981. - № 13.
8. Христианович С.А., Шемякин Е.И. О динамической сжимаемости
горных пород и металлов // ПМТФ. - 1964. - № 3. - С. 9-15.
9. Медведева Н. С., Шемякин Е.И. Волны напряжений в прочных гор-
ных породах // ПМТФ. - 1961. - № 6.
10. Шемякин Е.И. О волнах напряжений в прочных горных породах // ПМТФ. - 1963. - № 5. - С. 84-93.
11. Шемякин Е.И. Динамические задачи теории упругости и пластичности. - Новосибирск: Изд-во НГУ, 1968. - 336 с.
12. Синякина О.В. Исследование зоны предразрушения горных пород при скважинном шпуровом способе взрывания // Науч. сообщ. -М.: Институт горного дела им. А.А. Скочинского. - 1994. -Вып. 296. - С. 37-42.
13. Родионов В.Н., Адушкин В.В., Костюченко В.Н. и др. Механический эффект подземного взрыва / Под ред. М.А. Садовского. - М.: Недра, 1971. - 224 с.
14. Протодъяконов М.М. Давление горных пород и рудничное крепление. - М.: Гостехиздат, 1931. - Ч. 1. - 128 с.
15. Кузнецов Г.Н. Механические свойства горных пород. - М.: Угле-техиздат, 1947. - 179 с.
16. МенжуллинМ.Г. Фазовые переходы на поверхностях трещин при разрушении горных пород // ДАН РФ. - 1993. - Т. 328. - № 23.
17. Шемякин Е.И. Две задачи механики горных пород, связанных с освоением глубоких месторождений угля и руды // ФТПРПИ. -1974. - № 5.
18. Ревуженко А.Ф., Стажевский С.Б., Шемякин Е.И. О механизме деформирования сыпучего материала при больших сдвигах // ФТПРПИ. - 1974. - № 3. - С. 130-133.
19. Стажевский С.Б. Деформирование сыпучих материалов в сходящихся симметричных каналах // ФТПРПИ. - 1981. - № 3. - С. 1525.
20. Ревуженко А.Ф., Стажевский С.Б., Шемякин Е.И. Задачи механики сыпучих пород в горном деле // ФТПРПИ. - 1982. - № 5. -С. 19-25.
21. Адигамов Н. С. Процессы необратимого деформирования и резервы прочности материалов / Дис. ... докт. физ.-мат. наук. - Бишкек: Кыргызско-российский славянский университет, 2004.
22. Шемякин Е.И. Новые представления о разрушении горных пород // Сб. трудов семинара, 7-9 сентября 1993 г. - Л.: ВНИМИ, 1994.
23. Петухов И.М., Линьков А.М. Механика горных ударов и выбросов. - М.: Недра, 1993. - 280 с.
24. Ревуженко А.Ф., Стажевский С.Б., Шемякин Е.И. Новые методы расчета нагрузок на крепи // ФТПРПИ. - 1976. - № 3.
25. Арене В.Ж. Скважинная добыча полезных ископаемых (геотехнология). - М.: Недра, 1986. - 280 с.
26. Ржевский В.В. Физико-технические параметры горных пород. -М.: Наука, 1975. - 212 с.
