Статья

Наименование	Статика разрушения и деформирования пород вокруг горной выработки
Авторы	Литвинский Г. Г., д. т. н., проф.
Раздел	Науки о земле
Год	2017	Выпуск	50	Страницы	19 - 30
УДК	622.831:622.28
Аннотация	В настоящее время определение деформаций и смещений пород в горную выработку основано на эмпирических формулах и выполняется с недостаточной точностью. Цель исследований – разработка теоретических моделей проявлений горного давления (ПГД) для определения его параметров при образовании вокруг выработки зоны запредельных деформаций (ЗЗД). Исследования показали, что дилатансионная компонента деформации является главной и зависит от степени потери породой своей прочности и сплошности внутри ЗЗД. Полученные аналитические зависимости позволяют прогнозировать ПГД в статике, в том числе и в условиях больших смещений породного контура (геометрической нелинейности).
Реферат	Цель исследования – разработка теоретических моделей проявлений горного давления (ПГД) для определения его параметров при образовании вокруг выработки зоны запредельных деформаций (ЗЗД). Объекты исследования – деформации и смещения массива горных пород с учетом дилатансии при разрушении пород внутри зоны запредельных деформаций (ЗЗД) вокруг подготовительной выработки. Методика и основная идея исследований состоит в использовании «порождающего» решения при рассмотрении проявлений горного давления (ПГД), в котором отражены самые существенные закономерности формирования ЗЗД вокруг выработки. Рассмотрена новая математическая модель определения смещений и деформаций горных пород при образовании и росте ЗЗД с учетом феномена дилатансии пород при их разрушении. Результаты. Исследованиями, представленными в данной работе установлено, что роль упругих деформаций границы ЗЗД и упругого восстановления объема пород внутри ЗЗД весьма мала и ими можно пренебречь. Впервые определены закономерности возникновения дилатансии при запредельном деформировании пород и их постепенном разрушении и даны оценки степени разупрочнения для различных литологических разностей пород при их запредельном деформировании вокруг выработки. Получены аналитические зависимости для определения деформаций и смещений пород по всей области ЗЗД вокруг выработки, что впервые позволяет перейти на физически обоснованные методы прогноза ПГД и резко сузить область применения эмпирических подходов. Проведены анализ и оценка погрешностей расчетов смещений и деформаций пород в условиях геометрической нелинейности при использовании мер деформаций Коши и Генки; впервые показано, что вплоть до уровня деформаций 50…60 % ошибка прогноза не превышает 10…15 %. Проанализированы полученные аналитические выражения и даны численные оценки деформаций для типичных в Донбассе литологических разностей пород. Научная новизна. Впервые исследован феномен дилатансии пород при их разрушении в жестком режиме нагружения, характерном для пород внутри ЗЗД вокруг выработки. Предложено объяснение дилатансии и установлена ее связь с уровнем потери прочности породы при разрушении, даны основополагающие выражения по вычислению дилатансии для разных пород. Получено замкнутое решение задачи о деформациях пород в горную выработку с учетом переменной по радиусу ЗЗД дилатансии. Впервые рассмотрены смещения пород в условиях геометрической нелинейности и даны их численные оценки. Практическая значимость. Проведенные исследования создают методологическую основу для разработки научно достоверных методов прогнозирования ПГД в подготовительных выработках, что имеет важное практическое значение для горной науки и производства, особенно с учетом существенного увеличения интенсивности ПГД на больших глубинах разработки и ведения горных работ в сложных горно-геологических условиях.
Ключевые слова	горное давление, выработка, запредельное поведение пород, статика деформаций, зона запредельных деформаций, разупрочнение пород, дилатансия, прогноз смещений, погрешности прогноза, закономерности деформаций.
Полный текст