Зональная дезинтеграция горных пород вокруг подземных выработок

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Версия для печати больше не поддерживается и может содержать ошибки обработки. Обновите закладки браузера и используйте вместо этого функцию печати браузера по умолчанию.

Зональная дезинтеграция горных пород вокруг подземных выработок — физический эффект, который проявляется «вокруг подземных выработок, расположенных на глубине, где гравитационная составляющая напряжений близка к пределу прочности пород на одноосное сжатие либо превышает его, и происходит образование кольцеобразных чередующихся зон относительно ненарушенных и разрушенных пород»[1][2][3][4][5]. Явление противоречит представлениям классической механики горных пород и массивов,[6] согласно которым движение фронта запредельного деформирования (разрушения, дезинтеграции) реализуется от контура выработки вглубь массива с образованием зон пластического, упруго-пластического и упругого состояний горных пород.

Вероятно, впервые эффект наблюдался в золоторудной шахте в Южной Африке,[7][8] затем он был независимо открыт и описан в СССР[1][2][3][4][5][9][10]. Существует большое количество научных работ различных авторов, в которых представлены различные аспекты явления. Тем не менее, адекватная физическая модель и теория явления не созданы. Взамен предложены многочисленные гипотезы, которые не верифицированы[11].

Гипотезы о механизме явления

Парадоксальность явления инициировала появление гипотез, категорично[12][13] или неявно[14][15][16][17] отвергающих его физическую реальность.

Для интерпретации явления использовались многие математические модели механики сплошных и дискретных сред[18][19][20][21][22][23][24][25][26][27][28][29][30][31][32][33][34][35][36][37][38][39][40][41][42][43][44][45][46][47]. Принципиальный недостаток этого подхода заключается в абстрагировании от реальной структуры вещества: бесконечно малые объёмы (дифференциалы) со времён Сен Венана не учитывают реальные физические процессы в веществе.[48]

Для устранения недостатков моделей на основе механики сплошных и дискретных сред разработаны модели учитывающие структуру массива методами физической мезомеханики[49][50][51][52].

Гипотеза, выдвинутая на основе закономерностей периодического горного давления, выстроена на предположении об изгибе слоистого массива над выработкой[53].

Ещё одна гипотеза разработана по аналогии с автоволновыми химическими процессами. С использованием модуля масштабного фактора предложены количественные параметры Курлени-Опарина явления: радиус начала зоны дезинтеграции , толщина оболочки мелкомасштабной дезинтеграции и пространственно-временная связь формирования зон:[4][5] , , , где  — номер зоны дезинтеграции, отсчитываемый от контура выработки,  — радиус выработки,  — время образования зоны дезинтеграции.

С целью раскрытия природы явления зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок и физического обоснования параметров Курлени-Опарина разработана гипотеза на основе закономерностей кластеризации вещества на наноуровне[54][55][56][57][58][59][60][61][62][63][64][65][66].

См. также

Примечания

  1. ↑ 1 2 Зональная дезинтеграция горных пород вокруг подземных выработок. // Шемякин Е. И., Фисенко Г. Л., Курленя М. В., Опарин В. Н. и др. ФТПРПИ. — Ч. I. 1986. — № 3. — Ч.2: Разрушение горных пород на моделях из эквивалентных материалов //ФТПРПИ. — 1986. — № 4. — Ч. З: Теоретические представления //ФТПРПИ. — 1987. — № 1. — Ч.4: Практические приложения // ФТПРПИ. — 1989. — № 4.
  2. ↑ 1 2 Шемякин Е. И., Фисенко Г. Л., Курленя М. В., Опарин В. Н. и др. Эффект зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок // ДАН СССР. — 1986. — Т. 289. — № 5.
  3. ↑ 1 2 Открытие № 400 СССР. Явление зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок / Е. И. Шемякин, М. В. Курленя, В. Н. Опарин, В. Н. Рева, Ф. П. Глушихин, М. А. Розенбаум. — Опубл. в БИ, 1992, № 1.
  4. ↑ 1 2 3 Зональная дезинтеграция горных пород и устойчивость подземных выработок / Опарин В. Н., Тапсисв А. П., Розенбаум М.А, Рева В. Н., Бадтиев Б. П., Тропп Э. А., Чанышев А. И. / ИГД СО РАН. — Новосибирск: Изд. ИГД СО РАН, 2008.
  5. ↑ 1 2 3 Курленя М. В., Опарин В. Н. Проблемы нелинейной геомеханики. Ч. I // ФТПРПИ. — 1999. — № 3. : Ч. II // ФТПРПИ. — 2000. — № 4.
  6. ↑ Борисов А. А. Механика горных пород и массивов. М.,Недра.1980.
  7. ↑ Cloete, D. R., Collett, P. A. G., Cooke, N. G. W., Jager, A. J., and White, A. J. A. The nature of the fracture zone in gold mines as revealed by diamond core drilling. Association of Mine Managers, Papers and discussions. 1972—1973.
  8. ↑ Adams G.R;, Jager A.J. Petroscopic observation of rock fracturing ahead of stop faces in deep-level gold mines//J. South African Inst. Mining and Metallurgy, 1980, vol. 80, № 6.
  9. ↑ Глушихин Ф. П., Шклярский М. Ф., Рева В. Н., Розенбаум М. А. Новые закономерности разрушения горных пород вокруг выработок// Шахтное строительство — 1986. — № 2.
  10. ↑ Кайдо И. И. Исследование горного давления в подготовительных и нарезных выработках на гидрошахтах Кузбасса. Тр. ВНИИгидроуголь. Совершенствование технологии отработки угольных пластов и оборудования при гидродобычи. Новокузнецк. 1984.
  11. ↑ Поппер К. Логика и рост научного знания. М., Прогресс, 1983
  12. ↑ Коган И. Самоорганизация горного массива вокруг полостей (неоднородностей). — МГГУ. — ГИАБ. — 2009. — № 3.
  13. ↑ Шестопалов А. В. Механизм самообразования техногенной трещиноватости при разработке газоносных угольных пластов // Доклад на семинаре в ИПКОН РАН 29.11.2000 г.
  14. ↑ Особенности и свойства явления самоорганизации в напряженных грунтовых и породных массивах вокруг протяженных геомеханических структур / Б. М. Усаченко, А. А. Яланский, В. В. Левит, А. Г. Заболотний, Т. А. Паламарчук, В. Н. Сергиенко // Геотехническая механика: Сб. науч. тр. ИГТМ НАНУ. Днепропетровск. 2002. № 40.
  15. ↑ Яланский А. А., Паламарчук Т. А., Розумный С. Н. Особенности и диагностика процессов самоорганизации породного массива в окрестности горных выработок // Горный информационно-аналитический бюллетень. — М.: МГГУ, 2003. — № 3.
  16. ↑ Открытие № 318. Закономерность самоорганизации грунтовых и породных массивов вокруг протяженных подземных выработок. — Международная академия авторов научных открытий и изобретений на основании результатов научной экспертизы заявки на открытие № А-399 от 20 апреля 2006 г. / Байсаров Л. В., Ильяшов М. А., Левит В. В., Паламарчук Т. А., Сергиенко Г. Н.,Усаченко В. Б.,Яланский А. А.
  17. ↑ Курленя М. В., Опарин В. Н., Морозов П. Ф. и др. Эффект самоорганизации искусственных массивов с образованием ячеистых структур в виде пассивного ядра и активной несущей оболочки // Докл. АН СССР. — 1992. — Т. 323. — № 6.
  18. ↑ Аннин Б. Д., Жигалкин В. М. Поведение материалов в условиях сложного нагружения. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999 г.
  19. ↑ Гузев М. А., Парошин А. А. Неевклидовая модель зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок// ПМТФ. — 2000. — № 3.
  20. ↑ Гузев М. А., Парошин А. А. Неевклидова модель зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземной выработки. Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, 690041 Владивосток Прикладная механика и техническая физика, 2001, № 1, т. 42,
  21. ↑ Гузев М. А., Ушаков А. А. Критическое поведение параметра порядка в неевклидовой модели зональной дезинтеграции горных пород.
  22. ↑ Гузев М. А., Макаров В. В., Парошин А. А., Опанасюк А. А. Модельные представления зонального деформирования и разрушения породного массива вокруг подземных выработок. //"Геодинамика и напр. сост. недр. Земли ", Новосибирск: ИГД СО РАН, 2002.
  23. ↑ Кива М. Н. Исследование закономерностей деформирования и разрушения сильно сжатых горных пород вокруг подземных выработок и разработка регулируемых конструкций крепи. — Автореф. дисс. … канд техн. наук. — ДВПИ им. В. В. Куйбышева. — Владивосток. — 2004.
  24. ↑ Ксендзенко Л. С., Сапелкина В. М. Исследование влияния свойств пород на развитие зональной структуры разрушения. МГГУ. — ГИАБ. — 2005. — № 3,
  25. ↑ Ксендзенко Л. С. Приложение методов механики дефектных сред к задаче зонального разрушения массива. МГГУ. — ГИАБ. — 2007. — № 8.
  26. ↑ Макаров В. В. Зональное деформирование горных пород вокруг выработок и в образцах //Тезисы докл. X Международн. конф. по мех. горных пород. — М. 1993.
  27. ↑ Макаров В. В. О зональном деформировании горных пород вокруг одиночных капитальных выработок//Механика подземных сооружений. — Тула: ТПИ, 1995.
  28. ↑ Макаров В. В. О зональном деформировании массива горных пород вокруг капитальных выработок/Известия ТулГУ,серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». — Тула: ТулГУ, 1997.
  29. ↑ Макаров В. В., Горланова Н. А., Звонарев M.И. О зональном деформировании массива горных пород вокруг горных выработок / Механика подземных сооружений. Тула, ТПИ, 1989.
  30. ↑ Гузев М.А., Макаров В.В. Деформирование и разрушение сильно сжатых горных пород вокруг выработок, - Владивосток: Дальнаука, 2007. – 231 с. - ISBN 978-5-8044-0795-8
  31. ↑ Макаров В. В., Гузев М. А. Механизм зонального разрушения и деформирования горных пород вокруг подземных выработок, «Геодинамика и напр. сост. недр Земли», Новосибирск, ИГД СО РАН, 1999.
  32. ↑ Макаров В. В., Емельянов Б. И., Звонарев М. И. Особенности формирования зон компрессии и дилатансии в массиве горных пород вокруг выработок // В сб.: Вопросы разработки месторождений Дальнего Востока. — Владивосток: ДВПИ, 1990.
  33. ↑ Метлов Л. С., Морозов А. Ф., Зборщик М. П. Физические основы механизма зонального разрушения пород в окрестности горной выработки// ФТПРПИ. — 2002. —№ 2.
  34. ↑ Метлов Л. С. Возникновение локализованных состояний при релаксации напряжений в горных породах//Тезисы докл. X Межд. конф. по мех. горн, пород. — М.: ИГД, 1993.
  35. ↑ Метлов Л. С. Механическая модель зональной дезинтеграции // Физика и техн. высоких давления (Киев). — 1995. — № 1.
  36. ↑ Морозов А. Ф. Флуктуации зональной дезинтеграции осадочных пород вокруг подготавливающих выработок // Уголь Украины. 1991, № 7.
  37. ↑ Морозов А. Ф., Юскевич А. М. Флуктуации зональной дезинтеграции осадочных пород вокруг подготовительной выработки // Уголь Украины. — 1991. — № 7.
  38. ↑ Морозов А. Ф., Метлов Л. С., Мордасов В. И. Устойчивость подготовительных выработок в условиях зональной дезинтеграции горных пород. Ч. 1. — Донецк: Донеччина, 1999.
  39. ↑ Одинцев В. Н. Запредельное деформирование и зональная дезинтеграция горных пород вблизи выработок на больших глубинах // Горн. давл. и технол. подз. разр. руд на больших глубинах: Докл. Всес. совеш. «Интенс. методы подз. разр. руд на больших глубинах», — М., 26 — 28 июня 1990. — М., 1990.
  40. ↑ Одинцев В. Н. Отрывное разрушение и зональная дезинтеграция массива вблизи глубоких выработок//Тезисы докл. X Междунар. конф. по мех. горн, пород. — М.: ИГД, 1993.
  41. ↑ Рева В. Н., Тропп Э. А. Упруго-пластическая модель зональной дезинтеграции окрестности подземной выработки // В сб.: Физика и механика разруш. горн, пород примен. к прогнозу динам, явлений. — С.-Пб.: ВНИМИ, 1995.
  42. ↑ Сапелкина В. М. Закономерности зонального разрушения горных пород вокруг подземных выработок в условиях больших глубин. Автореф. дис. … к. т. н. — Владивосток. ДВГТУ. — 2008.
  43. ↑ Чанышев А. И. К исследованию явления зональной дезинтеграции горных пород //Напряженно-деформированное состояние массива горных пород. — Новосибирск: ИГД, 1988.
  44. ↑ Чанышев А. И., Белоусова О.Е, Лукьяшко О. А. Математические модели блочных сред в задачах геомеханики. // Ч. IV: Зависимость структуры от напряженного состояния // ФТПРПИ. — 2005. — № 4..
  45. ↑ Чанышев А. И., Белоусова О. Е. Математическое моделирование процесса разрушения массива горных пород вокруг цилиндрической выработки // Труды научной конференции с участием иностранных ученых «Геодинамика и напряженное состояние недр Земли». Новосибирск. — 2006.
  46. ↑ Явление зонального деформирования и разрушения горных пород вокруг подземных выработок и его математическая модель/ В. В. Макаров,М. А. Гузев, А. А. Опанасюк, М. Н. Кива и др. // Труды международной научно-практ. конф. «Тоннельное строит. России и стран СНГ в начале века: опыт и перспективы», Москва, 28 — 31 октября 2002 г., М: РТА, 2002,.
  47. ↑ Bai Shiwei, Gu Zhimeng. Deformation monitoring of galleries in fractured rockmass and research on failure mechanism of surrounding rocks // Proc. Int. Symp. Eng. Сотр. Rock Form. Beijing, 3 — 7 Nov. 1986.
  48. ↑ Xu Yuhyao. Integral movement of with surrounding rock project and character of two opposite radial points moving in same direction // J. China Coal Soc. 1989, № 2.
  49. ↑ Wu Нао, Guo Zhi-kun, Fang Qin, Liu Jin-chun Mechanism of zonal disintegration phenomenon in enclosing rock mass around deep tunnels J. Cent. South Univ. Technol. (2009) 16: 0303−0311 DOI: 10.1007/s11771−009−0052−0
  50. ↑ Сен-Венан Б. Мемуар о кручение призм. Мемуар об изгибе призм. Перевод с французского А. А. Парийского под редакцией и с вступительной статьёй Г. Ю. Джанилидзе. — Гос. Изд. Физико-математической литературы. — М. 1961.
  51. ↑ Макаров П. В. Об иерархической природе деформации и разруше¬ния твердых тел и сред // Физ. мезомех. — 2004. — Т. 7. — № 4.
  52. ↑ Макаров П. В. Моделирование процессов деформации и разруше¬ния на мезоуровне // Изв. АН. Механика твердого тела. — 1999. № 5.
  53. ↑ Макаров П. В. Моделирование упругопластической деформации и разрушения неоднородных сред на мезоуровне // Физ. Мезомех. — 2003. — Т. 6. — № 4.
  54. ↑ Кайдо И. И., Златицкий А. Н., Любогощев В. И. Управление напряженным состоянием пласта в зоне влияния очистных работ. — Тр. ВНИИгидроуголь. Повышение эффективности гидродобычи на шахтах Кузбасса. Новокузнецк. 1985.
  55. ↑ Кайдо И. И. Разработка способа охраны выемочных выработок при отработке пологих угольных пластов на гирдошахтах Кузбасса. Автореф. дисс. … канд. техн. наук. М. ИГД им. А. А. Скочинского. — 1987.
  56. ↑ Атрушкевич О. А., Кайдо И. И., Топоров С. П. Взаимодействие анкерной крепи с углепородным массивом в подготовительных выработках. Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых. Материалы I Международной конференции, Новокузнецк, СибГГМА, 1996.
  57. ↑ Кайдо И. И. Дезинтеграция массива вокруг подготовительных выработок. Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых: Материалы II Международной конференции / СибГИУ. — Новокузнецк, 1997.
  58. ↑ Кайдо И. И. О природе явления зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок (гипотеза). МГГУ. — ГИАБ. — 2009. — № 1.
  59. ↑ Кайдо И. И. Кластерная модель явления зональной дезинтеграции массива вокруг подземных выработок. МГГУ. — ГИАБ. — 2009. — № 6.
  60. ↑ Кайдо И. И. Управление состоянием массива при зональной дезинтеграции массива вокруг подземных выработок. МГГУ. — ГИАБ. — 2009. — № 9.
  61. ↑ Кайдо И. И. Особенности охраны целиками подготовительных выработок при зональной дезинтеграции массива. — МГГУ. — ГИАБ. — 2010. — № 6.
  62. ↑ Кайдо И. И. Новые аспекты явления зональной дезинтеграции массива вокруг подземных выработок. — МГГУ. — ГИАБ. — 2010. — № 2.
  63. ↑ Кайдо И. И. Проявление зональной дезинтеграции в поле напряжений вокруг подготовительной выработки. — МГГУ. — ГИАБ. — 2010. — №.8.
  64. ↑ Кайдо И. И. Особенности сохранения и формирования подготовительных выработок на границе с выработанным пространством при зональной дезинтеграции массива — МГГУ. — ГИАБ. — 2010. — № 3.
  65. ↑ Кайдо И. И. Формирование сечения выработки в два этапа в условиях зональной дезинтеграции — МГГУ. — ГИАБ. — 2010. — № 5.
  66. ↑ Кайдо И. И., Никишичев Б. Г., Саламатин А. Г., Соловьев А. С. Совершенствование технологии охраны подготовительных выработок на шахтах Кузбасса в условиях интенсивного горного пучения пород почвы. Учебное пособие. — М.: МГГУ, 1995.

Литература

  • Структурные уровни пластической деформации и разрушения / В. Е. Панин, Ю. В. Гриняев, В. И. Данилов и др. — Новосибирск: Наука, 1990.
  • Черняк И. Л., Ярунин А. С. Управление состоянием массива. — М.: Недра, 1970.
  • Зотов А. В., Саранин А. А. Магические кластеры и другие атомные конструкции. Самоорганизация упорядоченных наноструктур на поверхности кремния.
  • Курленя М. В., Опарин В. Н. О масштабном факторе явления зональной дезинтеграции горных пород и канонических рядах атомно-ионных радиусов // ФТПРПИ. — 1996. — № 2.
Источник — https://ru.wikipedia.org/ruwiki/w/index.php?title=Зональная_дезинтеграция_горных_пород_вокруг_подземных_выработок&oldid=138206632