Пружнопластична стійкість породного масиву

В МЕЖАХ ОДИНОЧНОЇ ВИРОБКИ

На основі лабораторних, натурних і аналітичних досліджень запропонований підхід до вивчення проблеми вздуття порід ґрунту підземних виробок. В його основі лежить гіпотеза про втрату пружнопластичної стійкості породного масиву в місці одиночного вироблення. Дослідження дозволили виділити в місці виробки, в міру віддалення від забою, чотири області, що характеризуються різною інтенсивністю протікання механічних процесів:

I - область пружного деформування;

II — область пластичних деформацій;

III — область вздуття порід ґрунту;

IV - область стабілізації (2) чи нестабілізації (1) процесу вздуття порід ґрунту.

На рис.3. приведені типові графіки зсувів і швидкостей зсувів контуру виробки для шахти «Білозерська» ГК «Добропольвугілля», де вздуття порід ґрунту є найбільш характерним проявом гірського тиску.

Область вздуття порід ґрунту (III) слабо просліджується на графіку зсувів, але чітко видна на графіку інтенсивності зсувів (рис.3, б.). Вона характеризується досить швидким протіканням процесу і різким збільшенням зсувів після досягнення ними деякої критичної межі в попередній області.

Четверта область завершує процес активного деформування приконтурного породного масиву. Інтенсивність деформацій різко падає, вони або стабілізуються (графік 2), або не стабілізуються в часі (графік 1).

Аналіз натурних і лабораторних досліджень показує, що всі вони з поправкою на конкретну гірничо-геологічну ситуацію, досить близько відображають картину розвитку вздуття порід ґрунту. Ця обставина вже сама по собі говорить про те, що в основі явища лежить деяка загальна фізична закономірність.

Початок вздуття порід ґрунту виробок завжди зв'язаний з утворенням третьої області. Характерною її особливістю є дуже швидкий ріст деформацій протягом досить короткого проміжку часу, що відбувається після того, як пластичні деформації досягають деяких граничних (критичних) значень. З енергетичної точки зору відбувається наступне: при незначній зміні напруженого стану відбувається відносно швидке виділення потенційної енергії, яка витрачається на додаткове руйнування структурних зв'язків у породному масиві і його розпушення, що супроводжується істотним збільшенням об’єму. Після цього механічна система знову приймає стан рівноваги.

Швидкість переходу з одного енергетичного стану в інший визначається структурними особливостями порід в масиві. Для крихких порід вона може бути дуже високою, для порід, що містять велику кількість глинистих часток, швидкість переходу буде порівняно невеликою, а подальший процес - тривалим, і в залежності від умов, затухаючим чи незатухаючим.

У фізиці перехідні процеси, що характеризуються різкою зміною одного параметра (переміщення на контурі виробки) при незначному збільшенні іншого (компоненти напружень на зовнішньому контурі), називають втратою стійкості рівноваги. В розглянутому явищі—це пружнопластична втрата стійкості рівноваги породного масиву.

Рис.3. Зміщення (а) і швидкості зміщення (б) контура корінного штрека ш.«Білозерська» ГК «Добропольвугілля»

(1—незатухаючий процес

2—затухаючий процес).