Модуль 3. Напряженно-деформированное состояние массива горных пород Раздел 8

процессов в массиве горных пород
Тема 11. Моделирование геомеханических процессов
ЛЕКЦИЯ №

17

горных пород такими искусственными материалами, показатели физико-механических свойств которых находятся

в определенных соотношениях с аналогичными показателями тех же свойств пород натуры. Эти соотношения определяются на основании общих положений теории механического подобия. МЭМ позволяет воспроизводить в модели различное строение толщи пород и полезного ископаемого и осуществлять в достаточном приближении к натуре производство всех основных горнотехнических операций по проведению и креплению выработок.

главных нормальных; б – максимальных; на изолиниях даны значения коэффициента

К

б)

а)

Этот метод исследования напряжений позволяет изучать поля напряжений (деформаций) в плоских и объемных прозрачных материалах, подобных по форме и нагрузке исследуемым объектам путем просвечивания моделей поляризованным светом. Теоретическим обоснованием применения фотоупругих моделей из оптически чувствительных материалов для моделирования статических состояний и медленных процессов в горной геомеханике служат положения математической теории упругости и теории подобия.

в результате ее вращения в каретке центрифуги. В принципе метод

позво­ляет моделировать объемное напряженно-деформиро­ванное состояние (НДС) пород вокруг выработок как в упругой области, так и за ее пределами.

Метод центробежного моделирования

При центробежном моделировании также крайне за­труднительно, а иногда и совсем невозможно воспроизво­дить слоистые толщи разнородных по составу и свойст­вам пород. Большие технические трудности представляет и воспроизведение в модели перемещения забоя во време­ни, что ограничивает область эффективного применения данного метода, поэтому в ряде случаев возникает необ­ходимость обращения к другим методам моделирования.

спосо­ба приложения вызывающей удар нагрузки, количества выделяющейся сейсмической энергии в

результате происшедшего удара и мест его воз­никновения.
По характеру прилагаемой нагрузки к удароопасным участкам гор­ных пород различают следующие удары.
1. Удары давления. Они происходят в результате постепенного перенапряжения пород и превышения предела прочности пород на сжа­тие. Такие удары характеризуются взрывоподобным разрушением отдельных участков массива горных пород (целиков, краевых зон, очистных забоев).
2. Импульсные ("шоковые") удары. Возникают в случае кратко­временного приложения нагрузки к перенапряженному участку масси­ва. В качестве примеров таких ударов можно привести мгновенное обрушение обнажений крепких пород при достижении предельного пролета или перенапряженных целиков, когда их размеры минимальны.

горных выработок и воздействием на окружающий массив, крепь, горное оборудование,

горные > разделяются следующим образом:
1. Микроудар (шелушение, стреляние, толчки). Характеризуется локальными разрушениями породы на контуре выработки или в глубине массива при небольших энергетических характеристиках. Признаками шелушения является отделение тонких пластинок горной пород боков или кровли выработки, стреляние - хрупким разрушением отскакиванием отдельных кусков породы от поверхности забоя или выработки, сопровождаемых резким звуком, а толчки — местным разрушением породы в глубине массива без выброса ее в выработку, сотрясением массива и глухим звуком с воздушной волной.
2. Слабый горный удар. Отличается от микроудара не только местным разрушением, но и выбросами породы в выработки, сопровождаемыми как звуковым, так и сейсмическим эффектами. При этом не наблюдается существенных повреждений крепи и оборудования.
3. Средний горный удар. В результате такого удара происходят разрушения и выбросы значительных объемов породы (или полезного ископаемого) в выработку, вызывающие воздушную волну, нарушение крепи, завалы выработок на протяжении нескольких метров, смещение и передвижение машин и оборудования, находящихся на пути воздушной волны.
4. Сильный горный удар. Вызывает значительные разрушения крепи и завалы выработок на длине в несколько десятков метров. Восстановительные работы требуют больших затрат.
5. Катастрофические горные удары. Характеризуются цепной реакцией разрушений целиков и выработок в пределах участка, горизонта или шахтного поля, в результате чего нарушенные площади достигают сотен тысяч квадратных метров, а восстановительные работы становятся невозможными.

была предложена С.Г. Авершиным.
Подобные классификации по фактору воздействия горного удар

на окружающие породы и горные выработки имеются на зарубежных рудниках.
На рудниках "Колар" (Индия) горные удары разделяют по сейсмическому эффекту: легкие - амплитуда колебания сейсмографа 1 мм средние - от 1 до 10 мм; сильные — более 10 мм.
На рудниках "Витватерсранда" (Южная Африка) силу горных уда ров оценивают по числу дней, необходимых для восстановительных работ в забое после горного удара: легкий — потеряно до 4 бурильных смен, средний - от 5 до 10; тяжелый — свыше 10.
Более точная классификация горных ударов по сейсмическому воздействию предложена И.А. Турчаниновым.
Горные удары по месту их возникновения или топологическому фактору классифицируются следующим образом:
в целиках (междукамерных, междуэтажных, внутри забойных);
в краевых зонах массива (на фронте очистной выемки в полезном ископаемом или в подготовительных выработках);
в местах тектонических нарушений;
в капитальных выработках (стволах, квершлагах, штольнях, около-твольных камерах и др.).

вы­соким пределом упругости, способны аккумулировать значительные за­пасы потенциальной энергии в

единице объема, которая при определен­ной степени перенапряжения способна мгновенно переходить в кине­тическую. Этим можно объяснить потерю устойчивости пород при превы­шении действующих напряжений над величиной предела прочности на сжатие. Имеющиеся запасы потенциальной энергии в этом случае реали­зуются на разрушение пород не только на контуре выработки, но и в глубине массива.
Р. Квапил считает, что горный удар возникает только в том случае, когда действующее напряжение превышает предел упругости породы, причем увеличение действующего напряжения опережает возрастание деформации породы. По Э. Айзексону сила горного удара определяет­ся энергией упругой деформации горной породы. С.Г. Авершин и В.Д. Слесарев, объясняя причину возникновения горных ударов, пред­ложили следующую гипотезу: хрупкое разрушение краевой части угольного пласта в виде горного удара происходит под действием высокого опорного давления, возникающего в процессе горных работ.

пород с глубиной залегания?
3. В чем заключается различие между аналоговым

и физическим моделированием?
4. Перечислите методы физического и аналогового моделирования.
5. Какова точность информации, получаемой с помощью моделирования?