Объект и общая методология исследований в геомеханике. Обьект и общая методология исследований в геомеханике студент гр. Шпс14
 Скачать 21.26 Kb.
|
|
Обьект и общая методология исследований в геомеханике Выполнил: студент гр.ШПС-14 Константинов С.А Проверил: Алексеев А.М Якутск 2017 Объект и общая методология исследований в геомеханике В соответствии с приведенным выше определением геомеханики, основным объектом исследований в геомеханике является породный массив, а точнее, механические процессы, происходящие в массиве и связанные, главным образом, с проведением в нём горных выработок. Массивы горных пород образуют особые физические среды, состояние которых определяется тремя составляющими - свойствами горных пород, слагающих их; структурными особенностями и естественным напряженным состоянием. Поскольку для всех указанных составляющих степень неоднородности достаточно высока, то в целом и для массивов неоднородность существенно выше, чем для любых других искусственных или даже естественных материалов. Эта существенная неоднородность массивов определяет чрезвычайно широкую изменчивость характеристик пород и заставляет применять специфические приёмы к изучению свойств и закономерностей их изменения в зависимости от рассматриваемых объёмов, режимов силовых воздействий, времени воздействия и т.д. При такой специфике первым непременным этапом, иногда весьма продолжительным по времени, является непосредственное определение свойств пород при различных условиях. Затем по мере накопления результатов испытаний конкретных пород и в конкретных условиях наступает следующий этап - этап обобщений и здесь весьма актуальной становится задача систематизации горных пород по свойствам с тем, чтобы уже без проведения специальных исследований было возможно прогнозировать те или иные процессы и явления. Систематизация горных пород по свойствам носит название классификации. Рассмотренный подход к изучению свойств горных пород весьма характерен и практически без изменений применим и к другим вопросам геомеханики - исследованию напряжённо-деформированного состояния, разработке теории динамических проявлений горного давления, вопросам сдвижения горных пород и др. Вместе с тем в геомеханике первостепенное значение имеет анализ характера и форм проявления механических процессов в различных горно-геологических условиях ведения горных работ. При этом особую важность приобретают натурные наблюдения и инструментальные методы измерений с целью определения основных параметров изучаемых процессов в конкретных условиях: напряжений, деформаций, сдвижений горных пород и их изменения в зависимости от основных действующих факторов. Данные, получаемые из натурных исследований, позволяют типизировать изучаемые явления и процессы, уяснять их общий механизм и физическую сущность и проводить дальнейшие теоретические обобщения, устанавливать допустимую степень схематизации задач. Учитывая весьма высокую неоднородность массивов горных пород и разнообразие горно-геологических условий, которые достаточно сложно описывать строгими математическими закономерностями для геомеханики в большей степени, чем для других разделов механики, характерно широкое использование методов моделирования, позволяющих выявить и оценить в исследуемых процессах роль различных действующих факторов и получить значения необходимых параметров даже при невозможности строгого решения задач аналитическими методами. Вместе с тем всё большее применение в геомеханике находят и аналитические методы, что объясняется, в первую очередь, их развитием, а также общим прогрессом в понимании явлений геомеханики и степени воздействия отдельных факторов. При этом очень часто используют комплексные подходы, когда в качестве граничных условий при постановке аналитических задач используются результаты натурных наблюдений и моделирования. Вообще в геомеханике при такой высокой степени неопределённости исходных данных и начальных условий зачастую нецелесообразно ставить задачи с целью получения точных решений. Более существенно иметь результаты, отражающие главные принципиальные зависимости и которые потому лишь с определённой степенью приближения и с некоторой вероятностью соответствуют наблюдаемым явлениям. Речь идёт о предрасчёте основных параметров каких-либо процессов с весьма невысокой точностью, но вполне удовлетворяющей практику или даже о получении чисто качественных результатов - например, о прогнозировании форм и характера проявления процессов геомеханики в тех или иных конкретных условиях, их изменении во времени и в пространстве, об определении оптимальных условий ведения горных работ. Всё сказанное позволяет сформулировать общую методологию геомеханики: общая методология геомеханики состоит в широком использовании и анализе натурных наблюдений и измерений с одновременным привлечением методов и приёмов моделирования и аналитических исследований на базе теоретических положений из основных разделов современной механики, других математических и физических наук. С первых шагов развития горного промысла людям, добывавшим полезные ископаемые, приходилось постоянно сталкиваться с "опросами, которые ныне относят к геомеханике. На первых порах их решали на основе практического опыта рудокопов, передаваемого из поколения в поколение, который основывался главным образом на визуальных наблюдениях за поведением горных пород и на интуиции. Однако по мере развития масштабов добычи перед горняками вставали все новые и новые трудности. С одной стороны, это преодоление вредных последствий выемки толщ полезных ископаемых недр и образования полостей, а с другой — ведение работ в более прочных массивах руд и угля, на больших глубинах, при сложном рельефе дневной поверхности, в непосредственной близости ранее выработанных участков и горизонтов, под наземными сооружениями и зданиями, водоемами и т. д. В свою очередь, это обусловило изменение технологии горнодобычных работ. В частности, во все увеличивающихся масштабах в горном деле стали применять отбойку взрывным способом, так называемые порохострельные работы. Применение взрывной отбойки сразу же изменило воздействие на массив и дневную поверхность и резко обострило необходимость изыскания специальных Мероприятий для защиты рабочих в рудниках, охраны зданий и сооружений от вредных влияний разработки. Выбор и определение условий применения этих мероприятий настоятельно требовали изучения процессов деформирования и разрушения горных пород вокруг выработок, установления закономерностей развития этих процессов в пространстве и во времени. При этом и первую очередь изучались прямые следствия ведения горных разработок — обрушение и оседание горных пород — без сколько-нибудь глубокого анализа механизма их возникновения и развития. Таким образом, начальным этапом развития геомеханики является изучение закономерностей обрушения и оседания горных пород в выработках и на земной поверхности на базе обобщения практического опыта ведения горных работ, а также визуальных и простейших инструментальных наблюдений. В результате такого изучения появились первые практические правила определения области влияния горных работ на земную поверхность и в первую очередь на ту ее часть, которая характеризуется развитием опасных деформаций и трещин. Все упомянутые правила имели один общий принципиальный недостаток: они были установлены в некоторых частных условиях и отражали совокупное влияние отдельных факторов, определяющих деформирование какого-то конкретного массива. Авторы же этих правил претендовали на их общность и пытались распространить их на условия, где действующие факторы проявлялись по-иному. Существенным вкладом в разработку методов испытаний различных материалов и, в частности, горных пород явились работы голландского физика П. Мушенбрука, который в 30-х годах XVIII в. сконструировал первые установки для испытаний на растяжение, сжатие и изгиб, а также изобрел устройство для захвата торцов образцов в испытаниях на растяжение. В России вопросы, относящиеся к геомеханике, впервые были поставлены на страницах Горного журнала, основанного в 1825 г. Начиная с 1875 г. в этом журнале периодически публикуют материалы различных авторов, рассматривающих и критически оценивающих методы подземной разработки угольных и рудных месторождений Европы с позиций геомеханики. Так, в 1875 г. была опубликована работа горного инженера К. Гривнака, в которой уделялось значительное внимание обрушениям и оседанию горных пород над выработками. В 1898—1900 гг. публиковались труды проф. Г. Романовского, где ставились вопросы о необходимости охраны сооружений на поверхности от влияния сдвижения горных пород. В 1903 г. проф. Б.И. Бокий выступил со статьей, где вопросы обрушения пород над выработками впервые рассмотрены в тесной взаимосвязи с применяемыми системами разработки. Указанные выступления заложили основу для проведения в дальнейшем организационных и технических мероприятий, направленных на исследование процессов геомеханики в шахтах и рудниках России, а также для подготовки отечественных специалистов этой области. Таким образом, можно заключить, что к концу XIX в. были изучены основные формы деформирования и разрушения горных пород в выработках и на дневной поверхности, начаты инструментальные наблюдения за деформированием дневной поверхности при разработке главнейших западноевропейских угольных месторождений и предложены первые практические правила для построения предохранительных целиков и ограничения области опасных сдвижений поверхности. Однако на начальном этапе исследователи обращали внимание в основном лишь на внешние стороны явлений. Предложенные зависимости носили эмпирический характер и не содержали параметров, отражающих реальные свойства деформирующихся массива пород. |