К. Т. Тажибаев др техн наук, профессор, засл деятель науки кр
 Скачать 2.19 Mb.
|
|
5.6.2. Методы изучения породного массива по деформациям горных пород Измерение перемещений в окрестности горных выработок. Основным средством изучения характера деформирования породного массива в окрестности выработок, являются реперы. В зависимости от задач исследований реперы могут быть контурными, с глубиной установки 1–3 ми глубинными, с глубиной установки болеем. Реперное устройство может состоять из собственно репера, гибкой или жесткой тяги, коммутатора для подсоединения датчиков, регистрационного устройства. Как правило, реперное устройство состоит из первых двух элементов. Репер обычно представляет собой отрезок трубы длиной 30–50 мм, к которому приварен гибкий усик, выполняющий роль стопорного устройства, итяга – гибкая или жесткая (рисунок 64). При установке в скважине n реперов их тяги проходят через все предыдущие (n-1) реперы. Совокупность реперов в скважине образует реперную наблюдательную станцию (рисунок 65). Рисунок 64 Конструкция простейшего реперного устройства 1 скважина 2 реперы 3 стопорные устройства 4 тяги При выполнении измерений полагают, что самый дальний репер имеет практически нулевые перемещения. Его тяга, выведенная в выработку, является базой для отчета. По отношению к ней измеряют перемещения всех остальных тяги строят соответствующие графики деформаций породного массива во времени (рисунок 65). Для получения полной картины перемещений в окрестности выработок бурят несколько скважин, порядка восьми. Схема их размещения приведена на рисунке 65. Глубина скважины принимается равной (а, где а – полупролет выработки. Рисунок 65. Схема реперной станции (аи характер перемещений пород (б) Рисунок 66. Схема размещения скважин для определения полной картины перемещений в окрестности выработки Полную картину взаимного сближения кровли и почвы или боков выработки называют конвергенцией – вертикальной или горизонтальной. Часто бывает полезным знать, какую часть в вертикальной конвергенции составляют отдельно перемещения почвы и кровли выработки. Для этого используют либо нивелирование, что достаточно трудоемко, либо гидрореперы. Конструкция гидрорепера следующая (рисунок 67). В боку выработки в районе реперных станций бурят скважину 1 под небольшим углом к горизонту (α = 8–10 0 ). В забой скважины досылают и там раскрепляют капсулу с жидкостью (обычно это техническое масло, так называемую гидрокапсулу 2. Гидрокапсула сообщается с выработкой при помощи трубки 3, которая гибким переходником 4 соединена со стеклянной трубкой 5. Соединяя туго натянутой нитью два положения стеклянной трубки, получают уровень отсчета, по отношению к которому измеряют отдельно перемещения кровли и почвы. Рисунок 67. Устройство гидрорепера: 1 – скважина 2 гидрокапсула; 3 – трубка 4 – гибкий переходник 5 – стеклянная трубка Для измерений относительных смещений боковых пород в очистных и подготовительных выработках используют также, кроме контурных реперов, универсальные стойки (СУ. Универсальные стойки представляют собой телескопическую систему труби штанг. Между верхними нижними трубами устанавливают регистрирующее измерительное устройство (самописец, индикатор часового типа или индуктивный датчик. Для установки стоек в почве и кровле выработки бурят шпуры. В них забивают деревянные пробки, на которые опирают наконечники труб. С помощью универсальных стоек можно регистрировать величину перемещений с точностью до 0,01 мм. Определение напряжений по деформациям диаметра скважин Сущность этого способа оценки напряженного состояния горных пород состоит в том, что измерение в шахтных условиях изменения диаметра скважины (радиальные деформации, происходящие под влиянием, например, пригрузок и раз- грузок участка исследуемого породного массива при надработке или подработке, сравниваются с аналогичными радиальными деформациями, полученными в лабораторных условиях на крупногабаритных образцах. 5.6.3. Методы изучения породного массива по усилиям вдавливания индектора Определение напряжений по усилию вдавливания индектора в торец скважины Метод основан на измерении усилий вдавливания индентора в забой скважины, величины которых изменяются в зависимости от напряженности породного массива. Зависимость, связывающая усилия вдавливания индентора со средним напряжением пород, действующим в плоскости забоя скважины, имеет вид 135 с Р Р Кр 0 1 , (162) где ср – среднее напряжение Р – усилие вдавливания в ненапряженную породу Р – усилие вдавливания в напряженную породу К – коэффициент, характеризующий увеличение усилия вдавливания при возрастании напряжений в массиве пород. Значения Р и К определяются в лабораторных условиях на образцах или в шахте. Значение Р фиксируется поитервально по мере бурения скважины. В прочных хрупких породах индентор вдавливается до первого хрупкого вы- кола. Для оценки напряжений поэтому методу используется гидравлический прибор БП18. Определение напряжений по вдавливанию индентора в стенку скважины. Метод базируется на установлении зависимости контактной прочности пород от величины вертикальных напряжений. Под контактной прочностью принимается сопротивление вдавливанию в момент первого разрушения породы под индентором. Зависимость напряжений от контактной прочности породы в общем имеет вид Z К Р Р 0 125 0 , ( ) , (163) где z – вертикальное напряжение Р – контактная прочность ненапряженной породы Р к – контактная прочность напряженной породы. Для определения Р к используется многоточечный гидравлический датчик с самописцем. ЛИТЕРАТУРА 1. Баклашов ИВ. Геомеханика. Том 1. Основы геомеханики. М Изд. МГГУ, 2004. 207 с. 2. Турчанинов И.А., Геофис МА, Каспарьян ЭВ. Основы механики горных пород. Л Недра, 1989. 488 с. 3. Родионов В.Н., Сизов И.А., Цветков В.М. Основы геомеханики. М Недра с. 4. Ставрюгин АИ, Протосеня А.Г. Пластичность горных пород. М Недра с. 5. Баклашов ИВ. Деформирование и разрушение породных массивов. М Недра, 1988. 6. Мамбетов ША, Абдиев АР, Мамбетов А.Ш. Зональная и поэтапная оценка напряженно-деформированного состояния породного массива Тянь-Шаня. Бишкек Изд-во КРСУ, 2003. 358 с. 7. Покровский Т.И., Федоров И.С. Центробежное моделирование в горном деле. М Недра, 1969. 247 с. 8. Прочность и деформируемость горных пород / Ю.М. Карташов, Г.В. Матвеев, ГА. Михеев, А.В. Фадеев. М Недра, 1979. 9. Фадеев Б.А. Метод конечных элементов в геомеханике. М Недра, 1987. 236 с. 10. Крауч С, Старфильд А. Методы граничных элементов в механике твердого тела. М Мир, 1987. 236 с. 11. Мюллер Л. Инженерная геология. М Мир, 1971. 12. Введение в механику скальных пород / под ред. Х. Быка. М Мир, 1983. ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................. 3 ГЛАВА 1. ПОРОДНЫЙ МАССИВ И ЕГО СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ .................... 6 1.1. Краткие сведения о строении Земли и земной коры .............................. 6 1.2. Характеристика породного массива ......................................................... 9 1.3. Структурно-механические особенности породного массива .............. 11 1.4. Неоднородность и анизотропия природного массива .......................... 15 1.5. Движение породного массива ................................................................. 16 ГЛАВА 2. ДЕФОРМИРУЕМОСТЬ И ПРОЧНОСТЬ ПОРОДНЫХ МАССИВОВ .......................................................................................................... 19 2.1. Деформируемость породного массива земной коры ............................ 19 2.2. Масштабный эффект в породном массиве ............................................ 22 2.3. Механические свойства породного массива и его образца ................. .22 2.4. Необратимые деформации в породном массиве ................................... 23 2.5. Прочность породных массивов по структурным ослаблениям ........... 24 2.6. Коэффициент структурного ослабления массива ................................. 26 2.7. Деформируемость и прочность массивов, подверженных технологическому воздействию .......................................... 28 2.8. Особенности механического состояния грунтовых массивов ............. 30 ГЛАВА 3. ЕСТЕСТВЕННОЕ НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПОРОДНЫХ МАССИВОВ ..................................................... 32 3.1. Природа полей напряжений породного массива земной коры ............ 32 3.2. Полный тензор естественных напряжений в породном массиве ........ 39 3.3. Оценка естественных полей напряжений породных массивов в горных районах .......................................................... 48 3.4. Особенности естественного напряженного состояния грунтовых массивах ...................................................................... 58 3.5. Гидростатические напряжения в породном массиве ............................ 58 3.6. Экспериментальные методы определения напряжений нетронутого породного массива .......................................................................................... 59 3.7. Определение напряжений методом разгрузки ...................................... 61 ГЛАВА 4. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД ................. 63 4.1. Особенности минерального строения, сведения о классификации горных пород ................................................................................................... 63 4.2. Полные диаграммы деформирования горных пород ............................ 64 4.3. Деформационные и прочностные свойства горных пород .................. 67 4.4. Реологические свойства горных пород .................................................. 74 4.5. Деформирование и разрушение горных пород при объемном нагружении ...................................................................................................... 78 4.6. Теория прочности горных пород ............................................................ 80 4.7. Механические свойств агрунтов ............................................................. 85 ГЛАВА 5. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПОРОДНОМ МАССИВЕ ..................................................... 90 5.1. Общие сведения о геомеханических процессах и методы их изучения ..................................................................................... 90 5.2. Методологические основы применения геомеханических моделей .............................................................................. 92 5.3. Геомеханические модели породного массива ....................................... 94 5.3.1. Упругая модель породного массива ............................................... 97 5.3.2. Упруго-пластические модели породного массива ........................ 99 5.3.3. Реологические модели породного массива .................................. 101 5.3.4. Модель дискретной зернистой среды для породного массива .. 103 5.4. Физическое моделирование геомеханических процессов в лабораторных условиях ........................................................... 105 5.4.1. Общие сведения .............................................................................. 105 5.4.2. Основные положения теории подобия ......................................... 106 5.4.3. Метод центробежного моделирования ......................................... 108 5.4.4. Метод эквивалентных материалов ................................................ 111 5.4.5. Поляризационно-оптический метод ............................................. 115 5.5. Численные методы в геомеханике ........................................................ 120 5.5.1. Общие сведения .............................................................................. 120 5.5.2. Метод конечных элементов ........................................................... 121 5.5.3. Метод граничных элементов ......................................................... 126 5.6. Экспериментальные методы исследования геомеханических процессов в натурных условиях .................................................................. 129 5.6.1. Методы изучения породного массива по поведению полезного ископаемого и пород в процессе проведения выработок ... 129 5.6.2. Методы изучения породного массива по деформациям горных пород ............................................................... 131 5.6.3. Методы изучения породного массива по усилиям вдавливания индентора ....................................................... 133 ЛИТЕРАТУРА .................................................................................................... 135 139 Шергазы Асамбаевич Мамбетов ГЕОМЕХАНИКА Учебник В двух томах Том 1 Основы геомеханики Редактор И.С. Волоскова Компьютерная вёрстка АС. Шелестовой Подписано в печать 5.03.13 Формат 60×84 1 / 8 . Печать офсетная Объём 17,25 пл. Тираж 100 экз. Заказ 68 Издательство КРСУ 720000, г. Бишкек, ул. Киевская, 44 Отпечатано в типографии КРСУ 720048, г. Бишкек, ул. Горького, 2 |