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: 4 из 16

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

Температурные поля в массиве горных пород формируются под воздействием солнечной радиации и тепловых потоков поступающих из недр Земли. Температура горных пород, слагающих месторождения, зависит от многих факторов: строения и состава пород, глубины залегания, наличия термоаномалий, циркуляции глубинных вод и газов, происходящих в породе химических реакций и других причин. Она оказывает существенное влияние на агрегатное состояние массива (мерзлые и талые породы), физико-механические характеристики, водо- и газопроницаемость, температуру рудничного воздуха, на выбор способов вскрытия, подготовки и системы разработки, порядок отработки месторождения.

Для земной коры средний температурный градиент составляет около 30°С на 1 км. Геотермическая ступень в среднем равна 30-40 м на 1°С (колеблется в пределах от 2 до 230 м/°С), для рудных месторождений — 45-50 м/°С и выше.

Наиболее высокие значения температуры на одинаковых глубинах характерны для осадочной толщи но сравнению с магматическими, метаморфическими породами. По данным исследований американских сверхглубоких скважин, пробуренных в осадочных породах, температура пород на глубине 8,7 км была 212°С, на — 9,1 и 9,6 км — соответственно 232°С и 243°С. В некоторых скважинах длиной 5,5-6,6 км она была еще выше (230-280°С). Отечественные исследования показывают, что температура пород, равная 55°С, в Донбассе будет на глубинах 1,4—1,7 км, а в Криворожском бассейне — только на 2,3 км.

О различных значениях температурного градиента свидетельствуют примеры глубоких рудников мира. Если на рудниках ЮАР на глубине 2,5 км температура пород несколько выше 40°С, то в районе Ко- лар (Индия) — около 55°С. Измерения в Кольской сверхглубокой скважине показали, до глубины 3 км на каждые 100 м температура возрастала на 1°С, ниже 3 км — на 2,5°С. На глубине 7 км температура была 120°С, а на 10,5 км — 180°С.

Изменение температуры приводит к появлению в породах термических напряжений, вызывающих деформации растяжения или сжатия. Отмечено, что с повышением температуры модули упругости и сдвига, как правило, постепенно снижаются, а коэффициент Пуассона возрастает. Это объясняется изменением внутренних связей между частицами материала под воздействием тепла.

Рыхлые влажные породы с повышением температуры или усыхают, спекаются и становятся более упругими (глины), или, наоборот, превращаются в дискретную массу (пески). В случае охлаждения (замораживания) влажных рыхлых пород связи между отдельными частицами могут возрастать настолько сильно, что они превращаются в твердые упругие породы, обладающие высокой устойчивостью.

Влияние температурного фактора на изменение агрегатного состояния пород и их физико-механические характеристики особенно ярко проявляются при разработке рассыпных месторождений в осадочных многолстнсмерзлых породах.

Мерзлые породы, состоящие из отдельных частиц, сцементированных льдом, существенно изменяют свои свойства при снижении температуры от 0 до -10°С. При повышении температуры от -4 до —1 °С породы становятся более пластичными и менее устойчивыми, а при более низких температурах — обладают достаточно высокими упругими свойствами и допускают при разработке значительные площади подработки (более 4 тыс. м²) и пролеты незакрепленной кровли до 20 м, соответствует устойчивости кровли камер на рудных месторождениях (Жезказган).

Многолетнемерзлые породы к тому же обладают высокой пластичностью, и поэтому их длительная прочность на разрыв ниже мгновенной 12-15 раз, на сжатие — в 2,0-2,5 раза. Следствием этого является постепенное снижение устойчивости целиков и кровли камер во времени с увеличением площади подработки. При выемке панелей лавами, с оставлением внутршабойных целиков параллельно лаве, скорость опускания кровли в забое изменяется от 0,8 до 1,2 мм/сут, а абсолютная величина прогиба кровли на границе с призабойным пространством колеблется от 70-130 до 280-310 мм. Поэтому при отработке россыпных деторождении в зависимости от температуры многолетнемерзлых пород могут применяться системы с открытым очистным пространством и с обрушением налегающих пород. Существенно могут изменяться не только способы управления состоянием массива горных пород, но и способы ведения очистных работ. Скальные породы при значительном охлаждении (до -100... -196°С), наряду с увеличением статической прочности, становятся менее пластичными, склонными к хрупкому разрушению.