CC BY
21
СЕМИНАР 17
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 2001" М0СКВЛ.яМГГУ.я29яянваряя-я2лфевраллл2001;г.
© В.В. Макаров, А.М. Легуновский, М.Н. Кива, 2001
УЛ К 624.131.54
В.В. Макаров, А.М. Легуновский, М.Н. Кива
О ЗОНАЛЬНОМ ХАРАКТЕРЕ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОЛ ВОКРУГ ПОЛЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ, СТРОЯЩИХСЯ В СЛОЖНЫХ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Установление закономерностей зонального разрушения массива вокруг подземных выработок является одним из наиболее актуальных вопросов при строительстве подземных сооружений в условиях действия близких к пределу прочности пород напряжений [1]. Свойства формирующейся периодической структуры массива должны быть уточнены: в частности, свойства промежуточных с зонами трещин участков, а также поведение структуры во времени.
Исследования периодического характера деформирования горных пород вокруг выработки, подвергшейся воздействию горного удара, проведены в условиях Южного месторождения (Приморье) по результатам бурения скважин и анализа выбуренного керна.
Бурение проводилось спустя 9 месяцев после горного удара. Веера скважин пробуривались на расстоянии 20, 33, 41 и 140 м от центра горного удара. Фиксировались интервалы выхода буровой мелочи, интервалы дискообразования по длине скважины, количество дисков, их толщина и форма, тип пород и руд, пересекаемых скважиной.
Выход буровой мелочи рассматривался как факт наличия трещиноватости, а дискование керна рассматривалось как свидетельство повышенных
сжимающих напряжений.
В результате исследования установлена периодическая
структура массива горных пород вокруг выработки (рис. 1), где образуется система строго чередующихся зон трещиноватости и относительно монолитных участков массива. К последним, как правило, приурочено дискование керна.
Количество зон трещиноватости уменьшается вдоль выработки с удалением от центра горного удара с четырех до одной, а протяженность участков дискообразования керна при этом увеличивается (хотя и не монотонно). Уста-
новлено, что протяженность участков трещинообразования возрастает для
скважин одного веера с приближением скважины к рудному телу. При этом протяженность участков дискообразования убывает. Начальная неоднородность мас-
сива (наличие рудного тела) оказывает существенное
влияние на форму и особенности строения зон.
Исследования характера деформирования вмещающих пород и угля вокруг капитальных одиночных выработок проведены на шахте им. Артема (Приморье) на глубине 200-250 м. Породы месторождения - малопрочные аргиллиты с пределом прочности, не превышающим 8 МПа. Предел прочности на одноосное сжатие углей не превышает 15 МПа. Показатель напряженности пород массива оценивается как близкий к единице [2].
Методика проведения эксперимента заключалась в закладке глубинных реперных станций струнного типа и контурных станций оригинальной конструкции с базой измерения 0,2 м. Станции устанавливались непосредственно у груди забоя после крепления. Наблюдения осуществлялись в выработке круглого поперечного сечения диаметром 4,80 м вчерне, проводимых при помощи отбойных молотков и закрепленных кольцевой металлической крепью СВП-27 с плотностью установки 3 кольца на 1 м. Наблюдательные скважины пробуривались на глубину до 8,0 м. Расстояния между реперами составляли 0,5-1,0 м (рис. 2).
Рис. 1. Характер периодической структуры пород вокруг выработок, подвергшихся воздействию горного удара
Измерения по глубинным станциям проводились
шейдерской рулеткой с стью 1 мм на протяжении более 5 лет. Измерения по контурным станциям велись датчиками сового типа с точностью 0,01 мм. Интервалы между замерами составляли от нескольких часов
до нескольких месяцев. Расслоение вмещающих пород определялось по объемным деформациям участков массива между соседними реперами.
В результате экспериментов установлено, что деформирование вмещающих пород носит периодический характер. Если в целом массив вокруг выработки может быть весь подвержен расслоению, то характер его деформирования, начиная от контура выработки, имеет строго определенную закономерность (см. рис. 2).
На контакте массива с крепью формируется зона относительно уплотненных пород, за ней следует зона значительного разуплотнения, затем - зона относительно уплотненных пород, вновь зона значительного
1. Шемякин Е.И. Новые задачи механики горного массива // Будущее горной науки. - М.: 1989, -
Рис. 2. Характер деформирования вмещающих пород вокруг пройденной по мощному угольному пласту выработки
разуплотнения и так далее в глубь массива. Максимальная интенсивность процессов уплотнения -ра зуплотнения на -
блюдается в первой от контура выработки паре деформационных зон в период первых 2-3 месяцев.
Таким образом, формирующаяся в условиях высоких напряжений в массиве вокруг подземных выработок деформационная структура горных пород характеризуется чередованием разуплотненных и относительно уплотненных породных зон. Зоны обладают рядом свойств, в числе которых повторение ими формы контура выработки, возможность эволюционировать во времени, конечная протяженность, зависимость конфигурации от однородности массива и другие.
Математическая модель зонального разрушения массива вокруг выработки с использованием методов механики дефектных сред позволяет с достаточной точностью описывать положение разрушенных зон и рассмотреть механизм их формирования [3].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Макаров В.В., Гузев М.А. Механизм зонального разрушения и деформирования горных пород вокруг подземных выработок, «Геодинамика и напр. сост. недр Земли», Новосибирск, ИГД СО РАН, 1999, - С. 120-125.
С. 34-45.
2. Макаров В.В., Горланова Н.А., Звонарев М.И. О зональном деформировании массива горных пород вокруг горных выработок // Механика подземных соору
О
Макаров В.В. - Дальневосточный государственный технический университет. Летуновский А.М. - Дальневосточная горно-строительная компания.
Кива М.Н. - Дальневосточный государственный технический университет.
