Поддерж. очист. пр-ва целиками. Определение напряжений в нетронутом массиве горных пород при гористом рельефе поверхности

• Название: Определение напряжений в нетронутом массиве горных пород при гористом рельефе поверхности
• Дата: 12.08.2022
• Размер: 2.58 Mb.
• Имя файла: Поддерж. очист. пр-ва целиками.docx
• Тип: Документы; #644516
• страница: 3 из 16

Изменения напряженно-деформированного состояния массива горных пород от влияния гидравлических условий

Обводненность массива горных пород зависит от гидрологического режима месторождения, который определяется распределением водных ресурсов в регионе, водопроницаемостью и фильтрационными свойствами пород, напором и дебитом подземных пород.

Прилегающая к земной поверхности часть толщи горных пород подвержена совместному влиянию атмосферных осадков и проникающих в глубины водяных паров. Располагаемая ниже уровня грунтовых вод на насыщения трещин и пор водой — находится в состоянии гидростатического давления.

Вода, заключенная в массиве горных пород, обладает различной степенью подвижности. Неподвижная вода бывает связана с породами химически или адсорбирована поверхностью трещин и пор. Очень малую подвижность имеет капиллярная вода. Свободная вода, подверженная давлению вышележащих пород, наиболее активна. Она обладает высокой способностью к фильтрации и циркуляции. Степень взаимодействия вод с горными породами зависит от температуры и химического состава пород. В результате образуются сульфатные, карбонатные, хлоридные, углекислые, сероводородные, бактериологические, радиоактивные воды.

Водопроницаемость скальных пород обусловлена величиной напора вод и способностью их к выщелачиванию (растворению) имеющихся в породах минералов, степенью трещиноватости массива, размерами и ориентировкой трещин.

Считается, что в скальных породах наиболее применим закон Дарси, согласно которому расход профильтровавшейся жидкости определяется как: 



где К — коэффициент фильтрации, зависящий от геометрии пор, для слабопроницаемых пород K <10  см/с; i — градиент напора (приращение напора, отнесенное к длине пути фильтрации); S — площадь поперечного сечения потока.

Скорость фильтрации V -зависит от направления системы трещин. Если трещина в породе характеризуется параллельными поверхностями, то скорость фильтрации через одну трещину постоянной ширины будет: 

где е — раскрытие трещин; ɣ — удельный вес жидкости; v — динамическая вязкость.

Для массива горных пород с хорошо развитой системой больших трещин рекомендуется применять формулу Дарси в следующем виде:



где,R_h — гидравлический радиус, R_h =4е; λ- коэффициент трения Дарси; g- ускорение свободного падения.

Существенно повышается фильтрация пород, подверженных растягивающим напряжениям, так как в этом случае наиболее вероятно явление микро- и макротрещин. Вначале с увеличением давления пористость пород уменьшается и, следовательно, снижается их проницаемость. Затем при определенной критической нагрузке, когда начинают развиваться микротрещины, коэффициент фильтрации возрастает.

Под влиянием гравитационных сил несжимаемая жидкость, заключенная в порах и трещинах, оказывает значительное поровое давление на твердый скелет породы. Состояние предельного равновесия массива при наличии норового давления р можно записать в следующем виде:



Отмечено, что в водонасыщенных породах по сравнению с сухими значение модуля деформации снижается, породы приобретают пластические свойства, становятся менее устойчивыми. Особенно опасными в этом отношении являются глинистые породы, известня- ки, песчаники с низкой прочностью на сжатие.

На рудных месторождениях России наибольшее распространение имеют трещино-грунтовые и трещино-жильные воды в коренных породах различного литологического состава. Реже встречаются пластовые воды артезианского типа напорных горизонтов. К основным факторам, формирующим подземные воды, относятся такие свойства горных массивов, как мелкая трещиноватость регионального масштаба, тектоническая нарушенное™, степень дислоцированное™ пород, химическая активность (карбонатные воды), образование карстов.

Гидродинамика подземных вод обусловливается взаимосвязью между дебитами водных потоков и давлением в различных участках массива горных пород при стационарном (постоянном) и нестационарном режимах фильтрации. При разработке месторождений подземные воды могут попадать в горные выработки, обводнять породы в зонах сдвижения и обрушения. Особенно опасны внезапные прорывы вод в подземные выработки. Для создания безопасных и эффективных условий отработки на месторождении проводятся специальные работы по осушению шахтных полей.