CC BY
46
чае вблизи трещины возникают деформации, характерные для представленного на рис. 1 случая деформационных аномалий. При нанесении разрезов в нагруженном образце два эффекта суммируются, и аномальный характер деформирования качественно воспроизводится экспериментально (рис. 2).
Таким образом, установлен механизм явления смены знака приращения деформаций образцов горных пород в предразрушающей области нагружения при одноосном сжатии, заключающийся в обусловленности деформационных аномалий сложным сдвигоотрывным характером подготовки разрушения. Полученные ре-
Рис. 2. Экспериментальное воспроизведение деформационных аномалий: а -схема эксперимента, б - характер деформаций
зультаты могут быть использованы в целях прогноза динамических явлений типа горных ударов или землетрясений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Томашевская И.С., Хамидуллин Я.Н. Предвестники разруше-
ния образцов горных пород//Известия АН СССР. Физика Земли.— 1972.— №5. - С. 12 -20
2. Тажибаев К.Т. Деформация и разрушение горных пород. — Фрунзе: Илим, 1986. - 108 с.
3. Соболев Г.А., Кольцов А.В. Крупномасштабное моделирование подготовки и предвестников землетрясений / Под ред.
А.А.Садовского. — М.: Наука, 1988. — 208 с.
4. Hypocenters distribution and focal mechanisms of AE events under
triaxial compression. Apparatus and hypocenter distribution /Osamu Idehara, Takashi Saton, Osamu Nishizawa, Kinichiro Kusunose //Journal of Seismol. Soc. Japan, 1986, v.39, №2, p. 289-300.
5. Прочность и деформируемость горных пород / Ю. М. Карташов, Б.
В. Матвеев, Г. В. Михеев и др.— М.: Недра, 1979. — 240 с.
6. Одинцев В.Н. Отрывное разрушение массива скальных горных пород.— М.: ИПКОНРАН, 1996. — 166 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Макаров Владимир Владимирович — доктор технических наук, профессор кафедры подземной разработки месторождений полезных ископаемых, Горный институт, Дальневосточный государственный технический университет.
Опанасюк Александр Александрович — аспирант кафедры подземной разработки месторождений полезных ископаемых, Горный институт, Дальневосточный государственный технический университет.
© В.В. Макаров, А.М. Летуновский, М.Н. Кива, 2002
УДК 622.23.01:622.268
В.В. Макаров, А.М. Летуновский, М.Н. Кива
О ЗОНАЛЬНОМ ХАРАКТЕРЕ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ВОКРУГ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ, СТРОЯЩИХСЯ В СЛОЖНЫХ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
У
становление 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 протяжен-
ность участков дискообразования керна при этом увеличивается (хотя и немонотонно). Установлено, что протяженность участков трещино-образования возрастает для скважин одного веера с приближением скважины к рудному телу. При этом протяженность участков дискообразования убывает. Начальная неоднородность массива (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).
Измерения по глубинным станциям проводились маркшейдерской рулеткой с точностью 1 мм на протяже-
нии более 5 лет. Измерения по контурным станциям велись датчиками часового 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 разуплотнения и так далее вглубь массива. Максимальная интенсивность процессов уплотнения-разуплотнения наблюдается 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 эво-
люционировать 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
1. Шемякин Е.И. Новые задачи механики горного массива/Будущее горной науки. М., - С. 34-45.
2. Макаров В.В., Горланова Н.А., Звонарев М.И. О зональном деформировании массива горных пород вокруг горных выработок/Механика подземных сооружений. Тула: ТПИ, 1989, - С. 116-
Рис.1. Характер периодической структуры пород вокруг выработок, подвергшихся воздействию горного удара
Рис.2. Характер деформирования вмещающих пород вокруг пройденной по мощному угольному пласту выработки
125. динамика и напр. сост. недр Земли», Новосибирск: ИГД СО РАН,
3. Макаров В.В., Гузев М.А. Мханизм зонального разрушения и 1999, - С. 120-125. деформирования горных пород вокруг подземных выработок. «Гео-
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ------------------------------------------------------------------------------------------------
Макаров Владимир Владимирович — доктор технических наук, профессор кафедры подземной разработки месторождений полезных ископаемых, Г орный институт, Дальневосточный государственный технический университет.
Летуновский Алексей Михайлович — Генеральный директор, Дальневосточная горно-строительная компания.
Кива Максим Николаевич-------аспирант, Дальневосточный государственный технический университет.
© В.М. Серяков, А.В. Серяков, А.В. Пестерев, 2002
УДК 622.831
В.М. Серяков, А.В. Серяков, А.В. Пестерев
НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД ПРИ ОТРАБОТКЕ РУДНЫХ УЧАСТКОВ ШЕРЕГЕШЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
В настоящее время на Шерегешев-ском месторождении железных руд добыча ведется на трех участках: «Главный», «Болотный» и «Новый Шерегеш». Более интенсивно здесь отрабатываются участки «Главный» и «Болотный»; на «Новом Шереге-ше» лишь начата его промышленная эксплуатация. Еще на двух участках («Подрусловый», «Новая промплощадка») ведутся подготовительные работы, и их освоение предполагается в недалеком будущем. По мере отработки месторождения понижается глубина ведения очистных и подготовительных работ. Это происходит на каждом из эксплуатируемых участков, так как при их отработке используются технологические системы этажного принудительного обрушения с отбойкой руды на компенсационные камеры, предполагающие развитие
очистных работ от земной поверхности вглубь горного массива. Вместе с тем подготавливаемые к освоению участки располагаются на значительных расстояниях от земной поверхности, и ввод их в эксплуатацию приведет к еще большему увеличению глубины отработки [1].
Шерегешевское месторождение расположено в Алтае-Саянском горном районе, где проявляется активность глубинных разломов, а напряженное состояние недр определяется тектоническими усилиями. Горизонтальные напряжения в 1,53,0 раза превышают вертикальные, и их рост с глубиной по крайней мере не меньше, чем уН, где у — объемный вес налегающих пород, а Н — расстояние от земной поверхности. При таком характере напряженного состояния и предполагае-
мых глубинах отработки новых участков месторождения, напряжения в нетронутом очистными работами массиве могут достигать значения 0,5стсж. Перспективный план освоения Шерегешевского месторождения предполагает полную отработку запасов участков: «Главный», «Болотный», «Новый Шере-геш», «Подрусло-вый», «Новая промплощадка». Объемы вынимаемой руды при этом могут превысить 150 млн т. В результате отработки в горном массиве будут образованы значительные пустоты, заполненные обрушенными породами, что повлечет за собой перераспределение исходного поля напряжений в большой области рудной зоны месторождения, окружающей отработанное пространство. Зоны концентрации сжимающих напряжений, в которых возможно разрушение пород, по занимаемому объему могут быть сопоставимы с размерами отрабатываемых участков.
