Использование волнового и ротационного подходов для интерпретации динамических явлений в шахтах
У роботі зроблена спроба перенести і розширити відомі погляди про хвилеві процеси в земній корі на механізм виникнення викидів у вуглепородному масиві. Для опису розповсюдження хвиль в нелінійному середовищі використано відоме рівняння синус-Гордона, властивістю якого є існування солітонних рішень...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геотехническая механика |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2012
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54384 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Использование волнового и ротационного подходов для интерпретации динамических явлений в шахтах / А.Ф. Булат, С.Ю. Макеев, С.Ю. Андреев, Г.А. Рыжов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 107. — С. 12-18. — Бібліогр.: 26 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859729852838445056 |
|---|---|
| author | Булат, А.Ф. Макеев, С.Ю. Андреев, С.Ю. Рыжов, Г.А. |
| author_facet | Булат, А.Ф. Макеев, С.Ю. Андреев, С.Ю. Рыжов, Г.А. |
| citation_txt | Использование волнового и ротационного подходов для интерпретации динамических явлений в шахтах / А.Ф. Булат, С.Ю. Макеев, С.Ю. Андреев, Г.А. Рыжов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 107. — С. 12-18. — Бібліогр.: 26 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | У роботі зроблена спроба перенести і розширити відомі погляди про хвилеві процеси в
земній корі на механізм виникнення викидів у вуглепородному масиві. Для опису розповсюдження хвиль в нелінійному середовищі використано відоме рівняння синус-Гордона, властивістю якого є існування солітонних рішень за певних граничних умов. Внаслідок багатократного перевідбивання коливань в системі відбувається перерозподіл енергетичних ансамблів. У разі розсіяння енергії по масиву можна говорити про безпечну ситуацію, а у разі зосередження і накопичення її в декількох концентраторах напружень створюється передвикидонебезпечна ситуація, яка може бути спровокована навіть невеликою деформацією. Для запобігання динамічного явища пропонується зменшити градієнт деформацій до безпечної межі шляхом зміни блокової складової масиву, тобто придання йому більш однорідної структури.
In the article, an attempt is undertaken to extend and apply knowledge of the wave processes
occurred in the earth's crust to mechanism of the outburst occurrence in the coal-rock mass. To describe
wave propagation in the nonlinear environment, the well-known sine-Gordon equation is
used which is characterized by soliton solutions existing in certain boundary conditions. Due to the multiple wave reflections, energy ensembles are re-distributed in the system. When the energy is dissipated throughout the whole rock massif it is possible to say about safe situation, however, when the energy is concentrated and accumulated in several stress concentrators it should be understood that preconditions for outburst risk are created presenting danger even at small deformation. To prevent the dynamic phenomenon, it is proposed to decrease gradient of the deformations to the safe level by changing block structure of the rocks, i.e. to make the rock structure more homogeneous.
|
| first_indexed | 2025-12-01T12:38:02Z |
| format | Article |
| fulltext |
12
УДК 622.831.325:534.2:622.807.4
Академик НАН Украины А.Ф. Булат,
кандидаты техн. наук С.Ю. Макеев,
С.Ю. Андреев,
мл. научн. сотр. Г.А. Рыжов
(ИГТМ НАН Украины)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОЛНОВОГО И РОТАЦИОННОГО ПОДХОДОВ
ДЛЯ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ В ШАХТАХ
У роботі зроблена спроба перенести і розширити відомі погляди про хвилеві процеси в
земній корі на механізм виникнення викидів у вуглепородному масиві. Для опису розповсю-
дження хвиль в нелінійному середовищі використано відоме рівняння синус-Гордона, влас-
тивістю якого є існування солітонних рішень за певних граничних умов. Внаслідок багато-
кратного перевідбивання коливань в системі відбувається перерозподіл енергетичних ансам-
блів. У разі розсіяння енергії по масиву можна говорити про безпечну ситуацію, а у разі зо-
середження і накопичення її в декількох концентраторах напружень створюється передвики-
донебезпечна ситуація, яка може бути спровокована навіть невеликою деформацією. Для за-
побігання динамічного явища пропонується зменшити градієнт деформацій до безпечної ме-
жі шляхом зміни блокової складової масиву, тобто придання йому більш однорідної струк-
тури.
WAVE AND ROTARY APPROACHES APPLIED FOR INTERPRETATION
OF DYNAMIC PHENOMENA IN THE MINES
In the article, an attempt is undertaken to extend and apply knowledge of the wave processes
occurred in the earth's crust to mechanism of the outburst occurrence in the coal-rock mass. To de-
scribe wave propagation in the nonlinear environment, the well-known sine-Gordon equation is
used which is characterized by soliton solutions existing in certain boundary conditions. Due to the
multiple wave reflections, energy ensembles are re-distributed in the system. When the energy is
dissipated throughout the whole rock massif it is possible to say about safe situation, however,
when the energy is concentrated and accumulated in several stress concentrators it should be under-
stood that preconditions for outburst risk are created presenting danger even at small deformation.
To prevent the dynamic phenomenon, it is proposed to decrease gradient of the deformations to the
safe level by changing block structure of the rocks, i.e. to make the rock structure more homogene-
ous.
Несмотря на многолетние интенсивные исследования процесса возникнове-
ния внезапных выбросов угля, породы и газа, механизм этого явления до сих
пор неясен. Как правило, большинство выбросов, произошедших в угольных
пластах, калийных солях, песчаниках и порфиритах приурочены к зонам геоло-
гических нарушений тектонического происхождения [1] и имеют общие внеш-
ние черты, что говорит об их единой природе. В данной статье предпринята по-
пытка объяснения механизма данного явления с позиций волновых процессов
происходящих в земной коре.
Последние достижения в области физики прочности говорят о существова-
нии в деформируемом твердом теле механического самосогласованного поля,
распространяющегося в виде волн смещений и поворотов [2], которые ассоции-
руются, в свою очередь, с маятниковыми и кручеными или же продольными,
поперечными и ротационными волнами. Наличие такого спектра волн в дефор-
мируемом породном массиве говорит о достаточно непростой картине протека-
13
ния таких катастрофических явлений как землетрясения и внезапные выбросы
угля, породы и газа в шахтах.
Само разделение нелинейных волн на вышеперечисленные виды выглядит
достаточно условно [3]. Любые преобразования сплошной среды согласно тео-
реме Коши-Гельмгольца можно представить в виде перемещения, поворота или
деформации. Перемещение вызывает распространение в среде продольных
волн сжатия-растяжения, поворот – ротационных или маятниковых волн, а де-
формация – поглощение волновой энергии.
Известно, что природа выбросов прямым образом связана со строением уг-
лепородного массива, который состоит из взаимосвязанных структурных от-
дельностей. Это просматривается на разных масштабных уровнях, начиная с
размеров кристаллических зерен до блочных элементов, образованных круп-
ными разрывами [4]. Блоки некоторых уровней, как правило, отделяются друг
от друга прослойками породы с ослабленными механическими свойствами, что
сказывается на процессе распространения волн в такой среде. Существование
неустойчивости в процессе передачи (перераспределении) поворотной дефор-
мации в системе взаимодействующих блоков заложено в самой природе сейс-
мотектонического процесса [5], характер которого очень близок к особенно-
стям возникновения газодинамических явлений в шахтах.
Крайне медленные ротационные волны вполне могут объясняться механиз-
мом перераспределений тектонических напряжений. Так, волна, адекватная
тектоническим напряжениям, должна быть инерционной и несравнимо медлен-
нее сейсмических волн [6]. Это связано с тем, что наряду с обычными, в масси-
ве обязательно существуют и напряжения, имеющие более масштабный харак-
тер [7].
В течение первой стадии протекания землетрясений или выбросов тектони-
ческая волна является уединенным солитоном кручения, по величине отклика
соответствующим силе проявления очага динамического процесса [8].
Со временем, после многократного переотражения за фронтом головной
волны в структурно-неоднородной среде возникает стационарная картина – ма-
ятниковая волна в виде низкочастотных осцилляций вращательного движения
частиц [9].
Вышесказанное позволяет вносить на различных масштабных уровнях
уточнения к предложенной ранее феноменологической модели выброса [10],
характеризующейся присутствием нелинейных плазменных эффектов, когда
при определенном соотношении температурных и силовых нагрузок изменяется
структура, минеральный состав, а также увеличивается система трещин угля и
пород, вследствие чего возникают ионно-звуковые солитоновые волны, в свою
очередь приводящие к внезапным выбросам и горным ударам.
На макроуровне продолжительность указанного процесса, по нашему мне-
нию, зависит от величины действующих в массиве упругих волн кручения, фи-
зическая сущность которых может быть выражена в следующем виде [11]:
14
σх(t) = Σεі(t) = Σλ⋅Е⋅Кпр
⌡
⎮
⌠
–τп/2
+τп/2
Н(t)⋅exp(–
τп
2 ⋅
x
vв )dt (1)
где εі(t) – элементарные механические деформации в виде чередующихся об-
ластей сжатия – σі и растяжения + σі, которые в совокупности формируют уп-
ругую волну кручения; λ – длина волны; Е – модуль упругости; Кпр – коэффи-
циент проницаемости массива; Н(t) – наведенное гравитационное поле; τп –
время преобразования упругой волны; x – пространственная координата; vв –
скорость распространения волны.
Крученые волны согласно [12] возникают преимущественно в неупругой
неоднородной среде. Увеличение однородности среды и ее протяженности в
пространстве приводят к приостановке распространения крученых поверхност-
ных волн [13].
Следовательно, ротационный механизм динамического явления может ока-
заться более реальным по сравнению с общепринятой в настоящее время клас-
сической деформационной (сдвиговой) моделью. Он обусловливает накопление
напряжений, в основе которого заложены процессы, приводящие к появлению
внутри очага так называемого магистрального разрыва [14, 15]. Очевидно, что
критические напряжения, необходимые для образования разрыва на поверхно-
сти блока, слабо сцепленного с окружающей средой, существенно меньше, чем
критические напряжения, необходимые для его образования в цельных горных
породах.
Авторами [16] указывается, что для возникновения газодинамического явле-
ния необходимо, чтобы частота ω колебательного процесса при лавинообраз-
ном дефектообразовании, приводящем к созданию магистральной трещины,
была меньше частоты колебаний плазменного процесса. При этом, распростра-
нение волн в плазме определяется её диэлектрическими свойствами, описывае-
мыми с помощью тензора диэлектрической проницаемости
εαβ = δαβ +
4πі
ω σαβ(k, ω), (2)
где δαβ – символ Кронекера; σαβ(k, ω) – тензор проводимости; k и ω – соответст-
венно, волновой вектор и частота волн в плазме; α, β = 1, 2, 3.
На микроуровне в рассматриваемой феноменологической модели [10] сле-
дует учитывать существование в элементах напряженной угольно-породной
среды блуждающих стохастических электрических полей, порожденных де-
формациями: в породе – кварца, а в угле – кристаллоподобных образований,
возникших при изменениях его структуры и минерального состава под дейст-
вием термодинамических нагрузок [17, 18]. При этом, может происходить с од-
ной стороны – пробой углеводородного газа (метана), а с другой – возникнове-
ние сдвига и кручения кристаллов друг относительно друга, что способствует
15
появлению дополнительного потока тепла в результате трения между кристал-
лами, провоцирующего упомянутые выше микроплазменные эффекты.
В укрупненном масштабе величина энергии и момент силы упругого поля
для достаточно крупных размеров структурных отдельностей массива способны
достигать больших значений [14]. Это происходит при наличии определенного
количества поворачивающихся (взаимодействующих) блоков, составляющих
горный массив и вращающихся с определенной угловой скоростью. Уравнение
их движения с учетом момента силы поля упругих напряжений, появляющегося
вокруг блока в результате его поворота, и момента силы, отвечающего за взаи-
модействие блоков, можно записать в виде известного уравнения синус-Гордона
для некоторой функции f(x, t), зависящей от координаты и времени:
∂2f(x, t)
∂x2 –
∂2f(x, t)
∂t2 = sin f(x, t) (3)
Решением этого уравнения являются устойчивые локализованные волны –
солитоны [19, 20]:
ϕ(x, t) = 4⋅arctg eγ (x – x0 – t⋅v) (4)
где x0 – центр солитона; v – его скорость; γ2 =
1
1 – v2 .
В выражении (4) приведено односолитонное решение, для которого выбран
положительный корень для γ, представляющее виток по переменной ϕ, который
переводит одно решение при ϕ = 0 в смежное при ϕ = 2π.
Двухсолитонные решения уравнения синус-Гордона также проявляют ха-
рактерные свойства солитонов. Волны проходят сквозь друг друга как полно-
стью проницаемые, и единственный наблюдаемый эффект – фазовый сдвиг. Так
как сталкивающиеся солитоны сохраняют свою скорость и форму, такой вид
взаимодействия называют упругим столкновением.
Очаг происходящего газодинамического явления и окружающая его среда
могут находиться на двух энергетических уровнях, каждый из которых соответ-
ствует квазиравновесному состоянию. Поэтому переход блока из одного со-
стояние в другое возможен с выделением или поглощением упругой энергии.
Последнее определяется скоростью поворотной деформации, и учитывается
дополнением в правую часть уравнения (3) двух слагаемых, которые связаны с
неоднородностью вращения блоков и приводят к неустойчивости решения [14,
21]:
∂2f(x, t)
∂x2 –
∂2f(x, t)
∂t2 = sin f(x, t) + α⋅
∂f(x, t)
∂t + μ⋅δ(x)⋅ sin f(x, t), (5)
где α – коэффициент трения, μ – параметр, характеризующий вынуждающую
силу, вызывающую неоднородное вращение блока, δ(x) – дельта функция.
16
В отличие от уравнения (3), последнее уравнение не имеет аналитического
решения. Его численное решение основано на использовании методов Маклаф-
лина-Скотта и Рунге-Кутта [22]. При этом скорость распространения локализо-
ванной волны уже не является величиной постоянной и кроме угловой скорости
вращения тела зависит также и от параметров α и μ [14].
Проведенный анализ возможностей сосуществования различного рода вол-
новых процессов, возмущающих угольно-породную среду, позволяет уточнить
вышеупомянутую феноменологическую модель [10] с позиции условий и осо-
бенностей формирования солитонов. Солитоны – структурно устойчивые оди-
ночные волны, распространяющиеся в нелинейной среде и особенно опасны в
пределах блочной структуры, так как в свою очередь, являются источником за-
рождения маятниковых волн кручения вследствие многократного отражения
головного фронта возмущения от границ блоков. А если учесть, что блочная
составляющая является неотъемлемой частью углепородного массива, то нали-
чие таких волн является достаточным условием для возникновения таких газо-
динамических явлений как внезапные выбросы угля, породы и газа. Отсюда
можно сделать вполне определенный вывод о том, что предотвратить образова-
ние этих волн и уменьшить их негативное влияние на массив возможно путем
управляющего воздействия для придания его блочной составляющей однород-
ной структуры (сглаживание границ между блоками). Одним из возможных
способов такого воздействия на углепородный массив является нагнетание в
горные породы твердеющих составов, которые, растекаясь под большим давле-
нием по трещинам, восстанавливают объемное напряженное состояние пород-
ного массива.
В основе предлагаемого способа лежат свойства жидкостей принимать фор-
му того объема, в который они помещены, то есть повторять формы контуров
поверхностей трещин, практически не сжиматься, передавать давление во все
стороны одинаково, следовательно, действовать по всей поверхности трещин. В
дальнейшем упрочняющие составы затвердевают в трещинах горных пород с
высокой собственной прочностью и адгезией к ним. Нагнетаемый состав, за-
полняя трещины между блоками-отдельностями массива, при больших давле-
ниях действует на эти блоки в направлении их сжатия с одной или нескольких
сторон, в зависимости от числа систем трещин. После затвердевания состава
состояние объемного сжатия отдельностей массива сохраняется: он превраща-
ется в монолитное образование с близкими по величине внутренними напряже-
ниями. При ликвидации градиента плотности на границах блоков и придании
большей упругости пространству волны кручения не формируются, энергия не
накапливается и, в конечном итоге, происходит затухание разрушительного
процесса. Вышесказанное подтверждается исследованиями ряда авторов [23-
25], выполнивших теоретическое и экспериментальное обоснование особенно-
стей распространения волн маятникового типа по двухмерной регулярной
блочной системе при действии локального импульса.
Профилактическое выравнивающее воздействие на горный массив происхо-
дит согласно рассматриваемой модели как на макроуровне (препятствие возник-
новению смещений и поворотов блоков в массиве под влиянием напряжений
17
дальнодействующего характера), так и на микроуровне (препятствие сдвигу и
кручению структурных породных кристаллов друг относительно друга).
По нашему мнению, в качестве такого воздействия, для зон со скачкообраз-
ным характером изменения напряжений и аномально меняющейся однородно-
стью и проницаемостью угля и горных пород рекомендуется использовать физи-
ко-химическую обработку (ФХО) массива. Рабочей жидкостью могут служить
полимерные композиции, способные первоначально произвести межструктур-
ную пластификацию углепородной среды с последующим, что особенно важно,
общим упрочнением на макроуровне. Это позволяет изменить до безопасного
предела относительные деформации в выбросоопасном пласте, а также за счет
упрочняющего действия раствора повысить однородность структуры массива.
Инъектирование в него химических растворов в течение определенного проме-
жутка времени необходимо для полной и равномерной пропитки, при которой
одновременно с изменением неупругих свойств происходит изменение упругих
характеристик массива, обработанного полимерными композициями. Двойст-
венность указанного воздействия заключается, с одной стороны, в упорядочении
действующих сил давления, приводящего к их более равномерному распределе-
нию, а, с другой – в более активном вовлечении в противодействие участков с
преобладанием пластичных свойств. Это препятствует ветвлению трещин, пере-
водит затраты подводимой энергии с процесса хрупкого разрушения на процесс
пластического деформирования, повышает прочность при ударной нагрузке [26],
а значит и способствует приостановке процесса зарождения и развития газоди-
намического явления.
Регулируя концентрацию химических компонентов в нагнетаемом составе
можно тем самым, управлять временем затвердевания раствора и величиной
развивающихся в массиве упругих и неупругих характеристик. В дальнейшем
представляет интерес рассмотрение предельных значений релаксирующих на-
пряжений при ФХО. Следует стремиться к тому, чтобы они не превышали на-
пряжений в необработанном пласте. ФХО на основе нагнетания полимерных
композиций в свете снижения опасности динамических явлений незаменима
вследствие ее специфической особенности одновременно оказывать пластифи-
цирующее и упрочняющее действие. Упрочнение дополнительно увеличивает
однородность структуры угля и вмещающих пород, окончательно устраняя гра-
диент физико-механических характеристик массива, но величина предельных
напряжений остается неизменной или уменьшается.
Таким образом, для увеличения однородности трещиновато-блочной струк-
туры выбросоопасного горного массива и предотвращения в нем смещающих и
поворотных деформаций требуется заблаговременное воздействие, гасящее
волновой процесс. Таковым может служить ФХО пласта, позволяющая смяг-
чить на микроуровне склонность среды к газодинамическим явлениям за счет
вовлечения пластифицированных участков в процесс изоляции хрупкого раз-
рушения, а на макроуровне – вследствие заполнения межблочного пространст-
ва упрочняющим химическим составом, приводящим к повышению однород-
ности породного массива.
18
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Большинский М.И. Газодинамические явления в шахтах / М.И. Большинский, Б.А. Лысиков, А.А. Кап-
люхин. – Севастополь: Вебер, 2003. – 284 с.
2. Кооперативные деформационные процессы и локализация деформации / В.А. Лихачев, В.Е. Панин, Е.Э
Засимчук [и др.] – Киев: Наукова думка, 1989. – 320 с.
3. Гарагаш И.А. Механика Коссера для наук о Земле / И.А. Гарагаш, В.Н. Николаевский // Вычислительная
механика сплошных сред. – 2009. – Т. 2, № 4. – С. 44-66
4. Садовский М.А. О естественной кусковатости горных пород / М.А. Садовский // ДАН СССР. – 1979. – Т.
247, № 4. – С. 829-832.
5. Викулин А.В. Нелинейные волны деформации в ротационной модели сейсмического процесса / А.В. Ви-
кулин, В.Г. Быков, М.Н. Лунева // Вычислительные технологии. – 2000. – Т.5, № 1. – С.31-39.
6. Михайлов Д.Н. Тектонические волны ротационного типа с излучением сейсмического сигнала / Д.Н.
Михайлов, В.Н. Николаевский // Физика Земли. – 2000. – № 11. – C. 3-10.
7. Лихачев В.А. Континуальная теория дефектов / В.А. Лихачев, А.Е. Волков, В.Е. Шудегов. – Л.: Из-во
Ленингр. ун-та, 1986. – 232 с.
8. Курленя М.В. Проблемы нелинейной геомеханики. Ч.ІІ / М.В. Курленя, В.Н. Опарин // ФТПРПИ. – 2000.
– № 4. – С.3-26.
9. Садовский В.М. Математическое моделирование волн маятникового типа с применением высокопроиз-
водительных вычислений / В.М. Садовский, О.В. Садовская, М.П. Варыгина // Нелинейные геомеханико-
геодинамические процессы при отработке месторождений полезных ископаемых на больших глубинах: 2-ая
Российско-Китайская научная конференция, 2-5 июля 2012 г. – Новосибирск: ИГД СО РАН, 2012. – С. 138-144.
10. Феноменологическая модель генезиса динамических явлений в шахтах / А.Ф. Булат, С.Ю. Макеев,
С.Ю. Андреев, Г.А. Рыжов // Підземні катастрофи: моделі, прогноз, запобігання: Матеріали ІІ міжнародної
конференції, 18 травня 2011 р. – Дніпропетровськ: НГУ, 2011. – С. 11-16.
11. Пчелинцева О.Н. Математическое моделирование факторов влияния магнитострикционных преобразо-
вателей механических величин / О.Н. Пчелинцева, Е.С. Демин, С.Б. Демин // Доклады ТУСУРа. – 2010. – № 1
(21). – Ч. 2. – С. 99-104.
12. Short communications. Propagation о torsional surface waves in viscoelastic medium / Gupta S. [et al.] // Int. J.
Numer. and Anal. Meth. Geomech. – 1996. – 20, № 3. – C. 209-213.
13. Propagation of torsional surface waves in a homogeneous substratum over a heterogeneous half-space / Dey J.
[et al.] // Int. J. Numer. and Anal. Meth. Geomech. – 1996. – 20, № 4. – C. 287-294.
14. Викулин А.В. Физика волнового сейсмического процесса / А.В. Викулин. – Петропавловск-
Камчатский: Изд-во КГПУ, 2003. – 151 с.
15. Симоненко С.В. Статистическая термогидродинамика необратимых сдвигово-вращательных процессов
/ С.В. Симоненко // Ротационные процессы в геологии и физике. – М.: КомКнига, 2007. – С. 225-251.
16. Особенности процесса трещинообразования в массиве при управлении его газодинамикой / А.Ф. Булат,
С.Ю. Макеев, С.Ю. Андреев [и др.] // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. трудов / Ин-т геотехниче-
ской механики им. Н.С. Полякова НАН Украины. – Днепропетровск, 2011. – Вып. 94. – С. 24-30.
17. Развитие гипотезы возникновения газодинамических явлений в результате формирования микроплаз-
менных разрядов в подземных условиях / А.Ф. Булат, С.Ю. Макеев, В.Я. Осенний, С.Ю. Андреев // Геотехни-
ческая механика: Межвед. сб. науч. трудов / Ин-т геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины.
– Днепропетровск, 2012. – Вып. 104. – С. 3-9.
18. Влияние различного рода воздействий на свойства и состояние газонасыщенного углепородного мас-
сива / А.Ф. Булат, С.Ю. Макеев, В.Я. Осенний [и др.] // Деформирование и разрушение материалов с дефекта-
ми и динамические явления в горных породах и выработках: Матер. ХVІІ Межд. науч. школы. – Симферополь:
Таврич. нац. ун-т, 2007. – С. 52-56.
19. Скотт А. Солитон – новое понятие в прикладных науках / А. Скотт, Ф. Чжу, Д. Маклафлин // ТИИЭР. –
1973. – Т.61. – С.79-123
20. Филиппов А.Т. Многоликий солитон / А.Т. Филиппов. – М.: Наука, 1990. – 288 с.
21. Быков В.Г. Нелинейные волновые процессы в геологических средах / В.Г. Быков. – Владивосток: Даль-
наука, 2000. – 190 с.
22. Perturbation theories for sine-Gordon solution dynamics / M. Salerno, M.P. Soerensen, O. Skovgaard, P.L.
Christiansen // Wave Motion. – 1983. – № 5. – № 1. – P.49-58.
23. Александрова Н.И. О затухании маятниковых волн в блочном массиве горных пород / Н.И. Александ-
рова, А.Г. Черников, Е.Н. Шер // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2006. -
№5. - С. 67-74.
24. Влияние иерархической структуры блочных горных пород на особенности распространения сейсмиче-
ских волн / Е.Н. Шер, Н.И. Александрова, М.В. Айзенберг-Степаненко, А.Г. Черников // Физико-технические
проблемы разработки полезных ископаемых. - 2007. - № 6. - С. 20-27.
25. Александрова Н.И. Моделирование распространения упругих волн в блочной среде при импульсном
нагружении / Н.И. Александрова, М.В. Айзенберг-Степаненко, Е.Н. Шер // Физико-технические проблемы раз-
работки полезных ископаемых. - 2009. - № 5. - С. 21-32.
26. Забигайло В.Е. Физико-химические методы управления состоянием угольно-породного массива / В.Е.
Забигайло, Ю.Ф. Васючков, В.В. Репка. – К.: Наук. думка, 1989. – 192 с.
19
УДК 622.831
Д-р техн. наук С. И. Скипочка,
асп. Т. Г. Войтович
(ИГТМ НАН Украины)
ОЦЕНКА ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ РАЗРАБОТКИ
НОВОКОНСТАНТИНОВСКОГО УРАНОВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Виконано оцінку показників фізико-механічних властивостей руд і вміщуючих порід,
розташованих на глибинах до 300 м і більше. Запропоновано шкалу оцінки складності гірни-
чо-геологічних умов розробки Новокостянтинівського родовища урану.
ASSESSMENT OF MINING AND GEOLOGICAL CONDITIONS OF
NOVOKONSTANTINOVSK URANIUM DEPOSIT DEVELOPMENT
Physical and mechanical parameters of the ores and enclosing rocks bedded at the depth of 300
meters and deeper were estimated. A scale is proposed for assessing geological conditions of the
Novokonstantinovsk uranium deposit development.
Среди новых, наиболее перспективных в Украине, следует отметить Ново-
константиновское урановое месторождение. Геологоразведочными изыскания-
ми установлено, что оно относится к месторождениям урановой формации и
залегает в карбонатно-натриевых метосамотитах (альбинитах). По характеру
залежей и морфологическим особенностям, а также физико-механическим
свойствам руд и пород месторождение, с известной степенью вероятности,
можно считать аналогом месторождений, отрабатываемых Ингульской и Смо-
линской шахтами ВостГОКа. Учитывается, что Новоконстантиновское место-
рождение планируется к освоению и на данный период времени крайне слабо
изучено в геомеханическом плане, правомерно, для первоначальной оценки его
горно-геомеханических условий, использовать как немногочисленные данные о
свойствах пород, полученные в лабораторных условиях, так и материалы по
указанным шахтам.
Решение горнотехнических задач требует получения информации о ряде по-
казателей свойств руд и пород, установленных прямыми методами измерений и
косвенными, полученными методами вычисления. В частности, анализируя и
обобщая данные о свойствах руд и пород шахт ВостГОКа, были вычислены ко-
эффициенты, необходимые для расчетов параметров систем разработки и ре-
шения задач, связанных с поддержанием горных выработок [1].
Ключевая задача в определении параметров системы разработки рудных ме-
сторождений – оценка прочности массива скальных пород на базе лаборатор-
ных испытаний. При этом важным элементом является учет структурно-
фазового состояния пород и масштабного эффекта прочности. Доказано, что
прочность массива с увеличением учитываемого объема снижается асимптоти-
чески [2]. По разным источникам, в зависимости от коэффициента трещинова-
тости (количества трещин на метр или квадратный метр), прочность массива
составляет 0,22-0,40 от прочности образцов. При коэффициенте линейной тре-
щиноватости Кт = 1,2-4,0 коэффициент снижения прочности массива составля-
ет от 0,7-0,8 до 0,3-0,5. По данным ИГД УрО РАН для больших обнажений ус-
тойчивых массивов эта величина составляет 0,4-0,5; для массивов средней ус-
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-54384 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T12:38:02Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Булат, А.Ф. Макеев, С.Ю. Андреев, С.Ю. Рыжов, Г.А. 2014-02-01T18:25:58Z 2014-02-01T18:25:58Z 2012 Использование волнового и ротационного подходов для интерпретации динамических явлений в шахтах / А.Ф. Булат, С.Ю. Макеев, С.Ю. Андреев, Г.А. Рыжов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 107. — С. 12-18. — Бібліогр.: 26 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54384 622.831.325:534.2:622.807.4 У роботі зроблена спроба перенести і розширити відомі погляди про хвилеві процеси в земній корі на механізм виникнення викидів у вуглепородному масиві. Для опису розповсюдження хвиль в нелінійному середовищі використано відоме рівняння синус-Гордона, властивістю якого є існування солітонних рішень за певних граничних умов. Внаслідок багатократного перевідбивання коливань в системі відбувається перерозподіл енергетичних ансамблів. У разі розсіяння енергії по масиву можна говорити про безпечну ситуацію, а у разі зосередження і накопичення її в декількох концентраторах напружень створюється передвикидонебезпечна ситуація, яка може бути спровокована навіть невеликою деформацією. Для запобігання динамічного явища пропонується зменшити градієнт деформацій до безпечної межі шляхом зміни блокової складової масиву, тобто придання йому більш однорідної структури. In the article, an attempt is undertaken to extend and apply knowledge of the wave processes occurred in the earth's crust to mechanism of the outburst occurrence in the coal-rock mass. To describe wave propagation in the nonlinear environment, the well-known sine-Gordon equation is used which is characterized by soliton solutions existing in certain boundary conditions. Due to the multiple wave reflections, energy ensembles are re-distributed in the system. When the energy is dissipated throughout the whole rock massif it is possible to say about safe situation, however, when the energy is concentrated and accumulated in several stress concentrators it should be understood that preconditions for outburst risk are created presenting danger even at small deformation. To prevent the dynamic phenomenon, it is proposed to decrease gradient of the deformations to the safe level by changing block structure of the rocks, i.e. to make the rock structure more homogeneous. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Использование волнового и ротационного подходов для интерпретации динамических явлений в шахтах Wave and rotary approaches applied for interpretation of dynamic phenomena in the mines Article published earlier |
| spellingShingle | Использование волнового и ротационного подходов для интерпретации динамических явлений в шахтах Булат, А.Ф. Макеев, С.Ю. Андреев, С.Ю. Рыжов, Г.А. |
| title | Использование волнового и ротационного подходов для интерпретации динамических явлений в шахтах |
| title_alt | Wave and rotary approaches applied for interpretation of dynamic phenomena in the mines |
| title_full | Использование волнового и ротационного подходов для интерпретации динамических явлений в шахтах |
| title_fullStr | Использование волнового и ротационного подходов для интерпретации динамических явлений в шахтах |
| title_full_unstemmed | Использование волнового и ротационного подходов для интерпретации динамических явлений в шахтах |
| title_short | Использование волнового и ротационного подходов для интерпретации динамических явлений в шахтах |
| title_sort | использование волнового и ротационного подходов для интерпретации динамических явлений в шахтах |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54384 |
| work_keys_str_mv | AT bulataf ispolʹzovanievolnovogoirotacionnogopodhodovdlâinterpretaciidinamičeskihâvleniivšahtah AT makeevsû ispolʹzovanievolnovogoirotacionnogopodhodovdlâinterpretaciidinamičeskihâvleniivšahtah AT andreevsû ispolʹzovanievolnovogoirotacionnogopodhodovdlâinterpretaciidinamičeskihâvleniivšahtah AT ryžovga ispolʹzovanievolnovogoirotacionnogopodhodovdlâinterpretaciidinamičeskihâvleniivšahtah AT bulataf waveandrotaryapproachesappliedforinterpretationofdynamicphenomenainthemines AT makeevsû waveandrotaryapproachesappliedforinterpretationofdynamicphenomenainthemines AT andreevsû waveandrotaryapproachesappliedforinterpretationofdynamicphenomenainthemines AT ryžovga waveandrotaryapproachesappliedforinterpretationofdynamicphenomenainthemines |