Сборник научных трудов ДонГТИ

Статья

Наименование Кинетика разрушения и деформирования пород вокруг горной выработки
Авторы Литвинский Г. Г., д. т. н., проф.
Раздел Науки о земле
Год 2018 Выпуск 53 Страницы 5 - 16
УДК 622.831:622.28
Аннотация Предложена математическая модель кинетики деформирования пород на основе использования временных процессов их разрушения. Проведены теоретические исследования законов изменения прочности породы под действием переменной во времени нагрузки. Рассмотрены теоретические аспекты кинетики процесса разрушения пород вокруг выработки. Дана методика расчёта движения фронта хрупкого разрушения и деформаций пород в результате дилатансионных процессов в зоне разрушения. Методика может быть использована для составления нормативных документов при проектировании выработок.
Реферат Цель исследования – разработка научных основ кинетики деформирования и разрушения горных пород вокруг выработок. Объекты исследования – процессы проявлений ПГД вокруг горных выработок, предмет исследований – закономерности кинетики развития зон запредельных деформаций (ЗЗД) и разрушения пород во времени. Методика и основная идея выполненных исследований состоят в использовании закономерностей изменения прочности во времени для описания кинетики деформационных процессов вокруг выработки при развитии вокруг неё зоны запредельных деформаций.
Результаты. Выполнен краткий анализ развития методов расчёта проявлений горного давления в подземных выработках с учётом развития временных процессов и показано, что в существующих решениях использовались математические подходы, которые с целью учёта развития ПГД во времени основывались на привлечении реологических моделей и теорий ползучести. Однако эти модели оказались малоэффективными, так как они пригодны лишь для описания временных процессов в массиве до момента начала разрушения пород, после которого все решения становятся некорректными. Исходя из поставленной цели, решены следующие задачи исследования: - рассмотрен и исследован феномен длительной прочности горных пород; - выбрана и обоснована математическая модель снижения прочности горных пород во времени; - разработан метод учёта длительной прочности и получены теоретические зависимости кинетики развития ЗЗД вокруг выработки; - выполнен анализ полученных результатов и определены направления дальнейших исследований Научная новизна полученных результатов состоит в следующем: 1) установлено, что основной вклад в кинетику процессов ПГД вносит изменение прочности пород вокруг выработки во времени на границе ФХР; 2) исследованы закономерности снижения длительной прочности пород во времени; 3) получены обобщённые формулы для описания снижения прочности пород во времени; 4) разработана новая расчётная модель кинетики движения ФХР в окрестности горной выработки; 5) впервые предложены расчётные алгоритмы определения изменения во времени размеров ЗЗД и радиальных деформаций пород вокруг выработки.
Практическая значимость. Результаты работы позволят перейти к созданию теоретически обоснованного прогноза ПГД с учётом реальных горно-геологических условий сооружения и эксплуатации горной выработки. Полученные теоретические зависимости в виде порождающего решения могут лечь в основу новых расчётных методов ПГД.
Ключевые слова горное давление, выработка, запредельное поведение пород, дилатансия, фронт хрупкого разрушения, кинетика деформаций, разупрочнение пород, скорость смещений.
Полный текст