Зональная дезинтеграция горных пород

При разработке месторождений особое значение приобретает вопрос о предельных и запредельных состояниях горных пород вокруг выработок. Изучение закономерностей перераспределения напряжений и развития смещений в массиве необходимо для обоснованного выбора типа крепи, определения ее несущей способности, изыскания рациональных условий расположения выработок и методов их охраны.

Ведение проходческих и очистных работ на больших глубинах приводит к формированию вблизи горных выработок в области максимума опорного давления зон сильно нарушенных пород, в которых развиваются крупные трещины, образуя – «зоны дезинтеграции»*. Эти зоны разрушения, возникающие внутри горного массива, можно охарактеризовать как «невидимые» участки необратимых (неупругих) деформаций.

Проведение выработки приводит к перераспределению напряжений в горных породах между ней и зоной дезинтеграции. В глубине массива возникают новые зоны опорного давления. Появляются новые участки разрушения (дезинтеграции). Эти процессы развиваются во времени или мгновенно.

Чередование областей разрушения вокруг выработки соответствует возникновению зон сжатия и растяжения горных пород, что обусловлено волнообразным поведением полей напряжений. Существенно и то, что чередование ненарушенных и сильно нарушенных зон, наблюдается в породах с высокой скоростью выделения накопленной упругой энергии [Опарин В.Н., 2008].

Исследованиями установлено, что вокруг выработок может образовываться до трех и более зон дезинтеграции пород. Если брать одиночную выработку, то первая зона образуется, как правило, на расстоянии 1, 5-3, 5 м от ее контура, следующие зоны соответственно 3, 0-5, 5, 6-8 м и т.д. Участки наведенной интенсивной трещиноватости имеют ширину от 0, 15-0, 2 до 1, 0-1, 5 м. Они отделены один от другого зонами ненарушенного массива шириной от 0, 2-0, 3 до 1, 1-1, 5 м и более.

К примеру, для определения зон дезинтеграции пород на рудниках «Октябрьский» и «Таймырский» были проведены эксперименты с применением электрометрии на токе низкой частоты и визуальных наблюдений перископом РВП-451 [Опарин В.Н., 2008]. Наблюдения проводились на специальных станциях веерного типа, суть которых состояла в оценке состояния стенок скважин и определения количества и местоположения трещин по длине скважин. На рис. 6.8 приведены вертикальные разрезы по замерным станциям, расположенным на глубинах 957-1050 м, построенным по результатам комплексных измерений. Из них видно что, проведение выработки вызывает образование в массиве зон дезинтеграции сильно нарушенных трещиноватых чередующихся участков. Мощность их достигает 1, 0-1, 5 м. Границы ближайших от контуров выработок трещиноватых зон удалены на 1-3 м. Дальние участки в выработках гор. 1050 м зафиксированы на расстоянии 9-11 м от стенок выработки. Ориентация наведенных крупных трещин повторяет контур выработки. Между зонами, интенсивно раздробленных пород, расположены относительно ненарушенные участки, трещиноватость которых близка к естественной. а	б
в	Рис. 6.8. Параметры зон дезинтеграции пород вокруг горных выработок [В.Н. Опарин, 2008]. а – сводный разрез по скважинам станции долговременных наблюдений (СДН) № 2 рудника «Таймырский», гор. -1050 м; б – сводный разрез по скважинам веера № 2 СДН № 1, гор.-957 м, рудник «Октябрьский»; в – сводный разрез по скважинам веера № 1 СДН № 1, гор.-957 м, рудник «Октябрьский».

Таким образом, зональная дезинтеграция горных пород в окрестности подземных выработок на больших глубинах есть одно из естественных состояний горного массива, находящегося под действием силового гравитационного и тектонического полей напряжений. С физической точки зрения формирование зон дезинтеграции зависит от наличия в среде микродефектов, которые под действием приложенного напряжения приводят к образованию макроскопических структур, в частности магистральных трещин [Ф.П. Глушихин, 1991], повторяющих форму выработки.