Особенности деформационных процессов в горных породах гипсовых месторождений
Механизм деформирования блочно-структурированного гипсосодержащего массива состоит в деформировании породных блоков, их взаимном скольжении и вращении. При этом пучение вмещающих пород вызвано «давлением кристаллизации гипса». В работе представлена трехлинейная зависимость между сдвиговым и хрупким...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Геотехнічна механіка |
|---|---|
| Datum: | 2013 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2013
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87385 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Особенности деформационных процессов в горных породах гипсовых месторождений / С.И. Скипочка, Т.А. Паламарчук, В.Н. Сергиенко, В.А. Амелин, Т.Г. Войтович // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 112. — С. 23-34. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-87385 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Скипочка, С.И. Паламарчук, Т.А. Сергиенко, В.Н. Амелин, В.А. Войтович, Т.Г. 2015-10-17T18:28:15Z 2015-10-17T18:28:15Z 2013 Особенности деформационных процессов в горных породах гипсовых месторождений / С.И. Скипочка, Т.А. Паламарчук, В.Н. Сергиенко, В.А. Амелин, Т.Г. Войтович // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 112. — С. 23-34. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87385 622.831: 553.635.1 Механизм деформирования блочно-структурированного гипсосодержащего массива состоит в деформировании породных блоков, их взаимном скольжении и вращении. При этом пучение вмещающих пород вызвано «давлением кристаллизации гипса». В работе представлена трехлинейная зависимость между сдвиговым и хрупким разрушением. Показано, что следует учитывать последствия влияния бокового давления, как в „единстве”, так и в „противоборстве” разных компонентов напряжений, а увеличение зоны хрупких разрушений является ключевым для понимания процессов пучения. По границе естественных крупных блоков формируются трещины. После формирования первичной (базовой) трещины происходит релаксация растягивающих напряжений в кровле. Вторичные трещины или пересекают первичные, или наблюдаются вблизи от них. Показано, что рост дефектов в массиве – необратимый процесс, требующий постоянных исследований, наблюдений и прогноза. Выявленные закономерности развития блокообразования в кровле гипсовых шахт позволили обоснованно подойти к выбору способов и средств контроля кровли в зависимости от ее текущего геомеханического состояния. Механізм деформування блочно-структурованого масиву, що вміщує гіпс, полягає в деформуванні породних блоків, їх взаємному ковзанні і обертанні. При цьому здимання порід викликано «тиском кристалізації гіпсу». У роботі представлено трилінійну залежність між зсувним і крихким руйнуванням. Показано, що слід враховувати наслідки впливу бічного тиску, як в "єдності", так і в "протиборстві" різних компонентів напружень, а збільшення зони крихких руйнувань є ключовим для розуміння процесів здимання. По межі природних блоків формуються тріщини. Після формування первинної (базової) тріщини має місце релаксація розтягуючи напружень у покрівлі. Вторинні тріщини або пересікають первинні, або спостерігаються поблизу від них. Показано, що зростання дефектів у масиві - незворотний процес, який вимагає постійних досліджень, спостережень і прогнозу. Виявлені закономірності розвитку блокоутворення в покрівлі гіпсових шахт дозволили обґрунтовано підійти до вибору способів і засобів контролю покрівлі в залежності від її поточного геомеханічного стану. Mechanism of deformation of the block-structured gypsum-containing massif includes deformation of rock blocks and their joint sliding and rotation. Swelling of enclosing rocks is a result of "the pressure of gypsum crystallization." The paper presents three-linear dependence between shear fracture and brittle fracture. It is shown, that consequences of lateral pressure influence - both "unity" and "confrontation" of different stress components - should be taken into account, and increase of brittle fracture zone should be considered as a key factor for understanding processes of swelling. Cracks are formed along the border of the large blocks. When primary (basic) cracks have been formed relaxation of the tensile stress ensues in the roof. Secondary cracks either cross the primary cracks or are formed near them. It is shown that growth of defects in the massif is an irreversible process, which requires further studies, observations and forecasts. Revealed regularity of block formation in the roof of gypsum mines allowed to make reasonable choice of methods and technique for the roof monitoring depending on its geomechanical state. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехнічна механіка Особенности деформационных процессов в горных породах гипсовых месторождений Особливості деформаційних процесів в гірських породах гіпсових родовищ Specifics of deformation processes in the rocks of gypsum deposits Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Особенности деформационных процессов в горных породах гипсовых месторождений |
| spellingShingle |
Особенности деформационных процессов в горных породах гипсовых месторождений Скипочка, С.И. Паламарчук, Т.А. Сергиенко, В.Н. Амелин, В.А. Войтович, Т.Г. |
| title_short |
Особенности деформационных процессов в горных породах гипсовых месторождений |
| title_full |
Особенности деформационных процессов в горных породах гипсовых месторождений |
| title_fullStr |
Особенности деформационных процессов в горных породах гипсовых месторождений |
| title_full_unstemmed |
Особенности деформационных процессов в горных породах гипсовых месторождений |
| title_sort |
особенности деформационных процессов в горных породах гипсовых месторождений |
| author |
Скипочка, С.И. Паламарчук, Т.А. Сергиенко, В.Н. Амелин, В.А. Войтович, Т.Г. |
| author_facet |
Скипочка, С.И. Паламарчук, Т.А. Сергиенко, В.Н. Амелин, В.А. Войтович, Т.Г. |
| publishDate |
2013 |
| language |
Russian |
| container_title |
Геотехнічна механіка |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Особливості деформаційних процесів в гірських породах гіпсових родовищ Specifics of deformation processes in the rocks of gypsum deposits |
| description |
Механизм деформирования блочно-структурированного гипсосодержащего массива состоит в деформировании породных блоков, их взаимном скольжении и вращении. При этом пучение вмещающих пород вызвано «давлением кристаллизации гипса». В работе представлена трехлинейная зависимость между сдвиговым и хрупким разрушением. Показано, что следует учитывать последствия влияния бокового давления, как в „единстве”, так и в „противоборстве” разных компонентов напряжений, а увеличение зоны хрупких разрушений является ключевым для понимания процессов пучения. По границе естественных крупных блоков формируются трещины. После формирования первичной (базовой) трещины происходит релаксация растягивающих напряжений в кровле. Вторичные трещины или пересекают первичные, или наблюдаются вблизи от них. Показано, что рост дефектов в массиве – необратимый процесс, требующий постоянных исследований, наблюдений и прогноза. Выявленные закономерности развития блокообразования в кровле гипсовых шахт позволили обоснованно подойти к выбору способов и средств контроля кровли в зависимости от ее текущего геомеханического состояния.
Механізм деформування блочно-структурованого масиву, що вміщує гіпс, полягає в деформуванні породних блоків, їх взаємному ковзанні і обертанні. При цьому здимання порід викликано «тиском кристалізації гіпсу». У роботі представлено трилінійну залежність між зсувним і крихким руйнуванням. Показано, що слід враховувати наслідки впливу бічного тиску, як в "єдності", так і в "протиборстві" різних компонентів напружень, а збільшення зони крихких руйнувань є ключовим для розуміння процесів здимання. По межі природних блоків формуються тріщини. Після формування первинної (базової) тріщини має місце релаксація розтягуючи напружень у покрівлі. Вторинні тріщини або пересікають первинні, або спостерігаються поблизу від них. Показано, що зростання дефектів у масиві - незворотний процес, який вимагає постійних досліджень, спостережень і прогнозу. Виявлені закономірності розвитку блокоутворення в покрівлі гіпсових шахт дозволили обґрунтовано підійти до вибору способів і засобів контролю покрівлі в залежності від її поточного геомеханічного стану.
Mechanism of deformation of the block-structured gypsum-containing massif includes deformation of rock blocks and their joint sliding and rotation. Swelling of enclosing rocks is a result of "the pressure of gypsum crystallization." The paper presents three-linear dependence between shear fracture and brittle fracture. It is shown, that consequences of lateral pressure influence - both "unity" and "confrontation" of different stress components - should be taken into account, and increase of brittle fracture zone should be considered as a key factor for understanding processes of swelling. Cracks are formed along the border of the large blocks. When primary (basic) cracks have been formed relaxation of the tensile stress ensues in the roof. Secondary cracks either cross the primary cracks or are formed near them. It is shown that growth of defects in the massif is an irreversible process, which requires further studies, observations and forecasts. Revealed regularity of block formation in the roof of gypsum mines allowed to make reasonable choice of methods and technique for the roof monitoring depending on its geomechanical state.
|
| issn |
1607-4556 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87385 |
| citation_txt |
Особенности деформационных процессов в горных породах гипсовых месторождений / С.И. Скипочка, Т.А. Паламарчук, В.Н. Сергиенко, В.А. Амелин, Т.Г. Войтович // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 112. — С. 23-34. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT skipočkasi osobennostideformacionnyhprocessovvgornyhporodahgipsovyhmestoroždenii AT palamarčukta osobennostideformacionnyhprocessovvgornyhporodahgipsovyhmestoroždenii AT sergienkovn osobennostideformacionnyhprocessovvgornyhporodahgipsovyhmestoroždenii AT amelinva osobennostideformacionnyhprocessovvgornyhporodahgipsovyhmestoroždenii AT voitovičtg osobennostideformacionnyhprocessovvgornyhporodahgipsovyhmestoroždenii AT skipočkasi osoblivostídeformacíinihprocesívvgírsʹkihporodahgípsovihrodoviŝ AT palamarčukta osoblivostídeformacíinihprocesívvgírsʹkihporodahgípsovihrodoviŝ AT sergienkovn osoblivostídeformacíinihprocesívvgírsʹkihporodahgípsovihrodoviŝ AT amelinva osoblivostídeformacíinihprocesívvgírsʹkihporodahgípsovihrodoviŝ AT voitovičtg osoblivostídeformacíinihprocesívvgírsʹkihporodahgípsovihrodoviŝ AT skipočkasi specificsofdeformationprocessesintherocksofgypsumdeposits AT palamarčukta specificsofdeformationprocessesintherocksofgypsumdeposits AT sergienkovn specificsofdeformationprocessesintherocksofgypsumdeposits AT amelinva specificsofdeformationprocessesintherocksofgypsumdeposits AT voitovičtg specificsofdeformationprocessesintherocksofgypsumdeposits |
| first_indexed |
2025-11-27T06:47:59Z |
| last_indexed |
2025-11-27T06:47:59Z |
| _version_ |
1850805725635280896 |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
23
УДК 622.831: 553.635.1
С. И. Скипочка, д-р техн. наук, профессор,
Т. А. Паламарчук, д-р техн. наук, ст. науч. сотр.,
В. Н. Сергиенко, канд. техн. наук, ст. науч. сотр.,
В. А. Амелин, магістр,
Т. Г. Войтович, аспирант
(ИГТМ НАН Украины)
ОСОБЕННОСТИ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В
ГОРНЫХ ПОРОДАХ ГИПСОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
С. І. Скіпочка, д-р техн. наук, професор,
Т. А. Паламарчук, д-р техн. наук, ст. наук. співроб.,
В. М. Сергієнко, канд. техн. наук, ст. наук. співр.,
В. А. Амелін, магістр,
Т. Г. Войтович, аспірант
(ІГТМ НАН України)
ОСОБЛИВОСТІ ДЕФОРМАЦІЙНИХ ПРОЦЕСІВ В
ГІРСЬКИХ ПОРОДАХ ГІПСОВИХ РОДОВИЩ
S. I. Skipochka, D. Sc. (Tech.), Professor,
Т. А. Palamarchuk, D.Sc. (Tech.), Senior Researcher,
V. N. Sergienko, Ph.D. (Tech.), Senior Researcher,
V. A. Аmelin, M.S (Tech.),
Т. G.Vojtovich, Doctoral Student
(IGTM, NAS of Ukraine)
SPECIFICS OF DEFORMATION PROCESSES IN THE ROCKS OF
GYPSUM DEPOSITS
Аннотация. Механизм деформирования блочно-структурированного гипсосодержащего
массива состоит в деформировании породных блоков, их взаимном скольжении и вращении.
При этом пучение вмещающих пород вызвано «давлением кристаллизации гипса». В работе
представлена трехлинейная зависимость между сдвиговым и хрупким разрушением. Показа-
но, что следует учитывать последствия влияния бокового давления, как в „единстве”, так и в
„противоборстве” разных компонентов напряжений, а увеличение зоны хрупких разрушений
является ключевым для понимания процессов пучения. По границе естественных крупных
блоков формируются трещины. После формирования первичной (базовой) трещины проис-
ходит релаксация растягивающих напряжений в кровле. Вторичные трещины или пересека-
ют первичные, или наблюдаются вблизи от них. Показано, что рост дефектов в массиве – не-
обратимый процесс, требующий постоянных исследований, наблюдений и прогноза. Выяв-
ленные закономерности развития блокообразования в кровле гипсовых шахт позволили
обоснованно подойти к выбору способов и средств контроля кровли в зависимости от ее те-
кущего геомеханического состояния.
Ключевые слова: гипсовые месторождения, кровля, деформации, мониторинг.
© С. И. Скипочка, Т. А. Паламарчук, В. М. Сергиенко, В. А. Амелин, Т.Г. Войтович, 2013
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
24
Характер деформирования массива при разработке гипсовых месторожде-
ний состоит в том, что, несмотря на небольшие глубины залегания и невысокие
показатели прочности, разрушение потолочин камер, в силу их большого про-
лета, а также кристаллической структуры гипса, близко к хрупкому с предвари-
тельным образованием системных трещин. Трещиноватый массив можно рас-
сматривать как изначально монолитный, но, в последующем подвергнутый де-
формированию, соответствующему стадии разупрочнения и потери несущей
способности, т. е. участку графика запредельного деформирования, располо-
женному в промежутке между предельной и остаточной прочностью. В глубине
массива трещины сомкнуты, и в их плоскостях может сохраняться значитель-
ное сцепление – до 20-30 % от величины сцепления в сплошной среде. Кроме
общего снижения прочности и роста проницаемости, а также механической и
фильтрационной анизотропии, трещиноватость массива горных пород позволя-
ет представить его строение в виде блочной структуры. Механизм деформиро-
вания массива состоит в деформировании самих блоков, их взаимном скольже-
нии и вращении. С течением времени трещиноватость потолочин камер приво-
дит к расслоению породного массива – нарушению связи между слоями горных
пород, происходит зависание и обрушение слоев кровли выработок. Эти нару-
шения значительно осложняют ведение работ по освоению месторождений.
Например, на Артемовском месторождении гипса зафиксировано несколько
случаев обрушения потолочин камер вплоть до выхода воронки обрушения на
земную поверхность. Во вмещающих породах часто наблюдаются деформаци-
онные процессы в виде пучения, вследствие чего предотвращение потерь отно-
сится к долгосрочным проблемам в подземных сооружениях, особенно когда
несущая способность опорных конструкций в перспективе невелика. Процессы
пучения, происходящие особенно часто в почве выработки, являются не только
следствием проявлений свойств пород, но также зависят от выбранного проекта
строительства и структуры поддержания подземных сооружений [1].
Процессы разрушения и пучения связаны между собой. Было установлено,
что хрупкое разрушение гипсов приводят к образованию трещин и, следова-
тельно, созданию новых каналов для фильтрации воды. Дальнейшие сущест-
венные изменения в подземных полостях приводят к изменению напряженного
состояния, в результате чего происходит пучение почвы выработки. В глине и
ангидридных породах максимальное пучение вызвано «давлением кристалли-
зации гипса» [2].
Исследованиям хрупкого поведения пород в подземных сооружениях уде-
ляют значительное внимание. Например, работы по изучению хрупкого разру-
шения для прочных пород успешно ведутся в глубоких горных и альпийских
туннелях [2-5]. Классификация поведения пород разработана E. Hoek [6], A.
Palmstrom [7] и др. Чтобы исключить недооценку влияния хрупкого разруше-
ние пород, P.K. Kaiser с сотрудниками [2] ввели индекс напряжения (σθmax / σ2)
(σθmax, σ2 - максимальные тангенциальные и исходные напряжение в массиве),
который указывает момент ожидаемого хрупкого разрушения пород. Основы-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
25
ваясь на знаниях о хрупком разрушении пород, разработаны адекватные мето-
ды расчета для проектирования и строительства подземных сооружений [8-10].
Установлено, что процессы отслаивания из-за деформирования трещин и их
распространения, приводящие к хрупкому разрушению, доминируют в подзем-
ных сооружениях [2, 11-14]. Для массивных блочных и хрупких пород показано
[7], что напряжение в массиве лучше всего описывать линейной или S-образной
кривой, состоящей из трех частей (рис. 1).
Рисунок 1- Трехлинейная зависимость между сдвиговым и хрупким разрушением [10]
Из рисунка видно, что хрупкое разрушение отсутствует в области низкого
давления. Там, где боковое давление низкое, образуются трещины, приводящие
к ослаблению и отслоению. В этих условиях вряд ли возникают трещины сдви-
говых напряжений.
Нормальный критерий разрушения сдвига, например Кулона-Мора, не рас-
сматривает снижение прочности вследствие сдвига, которое может привести к
отслаиванию. Предел хрупкого разрушения (отслоения) не может превышать
критерий нормального разрушения горных пород. Можно сказать, что следует
учитывать последствия влияния бокового давления, как в „единстве”, так и в
„противоборстве” разных компонентов напряжений [15]. Ранее предполагалось,
что при хрупком разрушении пород огибающая кривая, как и в критериях
Брауна-Хука, является нелинейной непрерывной кривой. Однако из анализа ря-
да материалов следует, что это предположение неверно для большинства пород
[5, 15]. Если наименьшие главные напряжения составляют больше, чем одну
десятую прочности пород при неограниченном сжатии (σ2), то деформации в
массиве горных пород подавляются, существенно снижается образование тре-
щин, а превалирует обычный сдвиг. Релаксация предела прочности, при кото-
ром происходит этот переход, зависит от различных факторов, в первую оче-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
26
редь, неоднородности массива на микро- и макроуровне. Было обнаружено, что
образование трещин активно происходит при воздействии максимального тан-
генциального одноосного сжатия σθmax [9, 10,14-16]. Определенные по данным
полевых наблюдений отношения σθmax / σ2 и σ3 / σ2 составили 0,35-0,5.
Относительно высокий коэффициент концентрации напряжения К и высо-
кие горизонтальные напряжения наблюдаются в материнской породе. Вполне
возможно, что эти высокие горизонтальные напряжения и вызывают трещины в
почве и кровле горных выработок. Поскольку процессы пучения требуют при-
сутствия воды, её влияние может возрастать из-за возникновения новых тре-
щин. Наряду с изучением этих процессов, гипотеза о хрупком разрушении по-
род свидетельствует о правомерном предположении П. Кайзера и Б. Кима о
возможном качественном объяснении механизма образования воды в зонах,
расположенных ниже горизонта туннеля. Хрупкое разрушение при строитель-
стве тоннелей в массиве горных пород, содержащих ангидрит, может быть объ-
яснено на основе наблюдений, проведенных G. Spaun [17]. П. Кайзером был
определен предел хрупких деформаций (граница хрупкого разрушения), кото-
рые также могут происходить в месте фронта разрушений [13]. Благодаря этим
процессам, смена деформаций растяжения и сжатия значительно снижается,
поэтому ущерб от разрушения в результате роста хрупких трещин уменьшает-
ся. Таким образом, условия для увеличения притока воды и раствора ангидрита
значительно увеличиваются, что вызывает кристаллизацию гипса, превышаю-
щую предел растворимости и, следовательно, создается давление пучения, при-
водящее к существенным деформациям. Увеличение зоны хрупких разрушений
является ключевым для понимания процессов пучения.
Гипсовые кристаллы могут расти там, где вода может растворять ангидрит,
а напряженное состояние позволяет запускать механизм образования трещин.
При достижении предела хрупкого разрушения (предела отслаивания), вода
проникает в массив горных пород, преобразовывая ангидрит в гипс. В массиве
при этом могут возникать напряжения, сравнимые с предельными.
С учетом изложенного, был выполнен комплекс натурных исследований по
определению динамики деформирования потолочины в блочно-
структурированном массиве горных пород камер 31, 33 и 35 VII-й панели Ар-
темовского месторождения гипса. Параметры камер представлены в табл. 1.
Для наблюдения динамики развития трещин в кровле в отделе механики
горных пород ИГТМ НАНУ разработана комплексная методика, включающая:
- визуальные обследования горных выработок с фиксацией участков анома-
лий и документирование образования и расхождения трещин в потолочине;
- инструментальный оперативный контроль обнаружения участков расслое-
ний и заколов с помощью виброакустического индикатора ДИКОН и контроль
состояния приконтурной зоны породного массива потолочин выработок сред-
ствами постоянного наблюдения;
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
27
- аналитический анализ наблюдений визуального обследования и результа-
тов измерений средствами постоянного и оперативного контроля потолочин
камер.
Таблица 1 – Параметры элементов камерно-столбовой системы VII-й панели
Номер камеры Наименование параметра 31 33 35
Средняя высота (верхний уступ), м 8,0 7,2 7,2
Ширина камеры, м 8,6 8,4 8,4
Ширина целика, м 12,0 12,0 12,0
Длина целика, м 20,0 20,0 20,0
Средняя глубина залегания, м 80 75 75
Мощность непосредственной кровли, м 1,0 1,0 1,0
Мощность защитного слоя в почве, м 1,0 1,0 1,0
В результате многолетних наблюдений установлено, что при длительной
эксплуатации выработки имеют место два противоположных процесса:
- самоорганизация, происходящая естественным путем и неизбежно приво-
дящая к одному результату – формированию в приконтурной зоне массива, в
частности в кровле, блочной структуры;
- организация, представляющая собой целенаправленную деятельность че-
ловека по уменьшению интенсивности процесса нарушения структурной цело-
стности массива.
Исходя из канонов геомеханики, первичные трещины в кровле должны бы-
ли бы возникать вблизи оси выработки, где значение горизонтального растяги-
вающего напряжения в нижней породной пачке наибольшее. Однако, в реаль-
ности формирование трещин, происходит по границе естественных крупных
блоков, в связи с чем их положение в кровле камеры случайное. Длина таких
трещин может достигать десятков метров, а раскрытие – до 10 мм (рис. 2).
Рисунок 2 – Внешний вид первичной трещины в кровле камеры гипсовой шахты
После формирования первичной (базовой) трещины происходит релаксация
растягивающих напряжений в кровле и система на некоторое время (месяцы,
иногда годы) приобретает новое устойчивое состояние.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
28
Второй этап формирования блочной структуры в кровле – образование вторич-
ных трещин, отходящих от первичной или пересекающих ее. Вторичные тре-
щины имеют преимущественно вид ломаной линии и раскрытие в несколько
раз меньше чем у первичной. Несмотря на меньшие размеры, динамика их раз-
вития более интенсивная по сравнению с первичными (рис. 3).
Рисунок 3 – Вторичная трещина в потолочине 35 камеры Артемовской гипсовой шахты
Описанный выше процесс формирования блочной структуры в кровле ил-
люстрируется графическим материалом. Условные обозначения к нему сле-
дующие:
- трещина закрытая; - трещина раскрытая, 1,0-5,0 мм;
- - точка виброакустического контроля; - трещина раскрытая, 5,0-10,0 мм;
- трещина, раскрытая, 10,0-15,0 ; цементно–песчаный (гипсовый) маяк мм;
- скважина контрольная; - анкер
Динамика формирования блочной структуры в различных геотехнических
системах может существенно отличаться по скорости протекания процесса и
проникновению в глубину массива. Однако общими являются этапы:
- возникновения расслоений в породном массиве под воздействием перерас-
пределения напряжений, вызванных ведением горных работ, по естественным
границам слоев;
- расширения площади отслаивающегося участка;
- возникновения расслоений на более удаленных вглубь массива участках;
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
29
- возникновения системы поперечных трещин, приводящее к формированию
крупных блоков;
- взаимного сдвижения блоков и потери устойчивости блочно-
структурированного массива.
Динамика развития трещин контролировалась путем периодических визуа-
льных наблюдений, а также виброакустическим индикатором ДИКОН.
Критериальные значения для оценки результатов виброакустического кон-
троля применительно к кровле Артемовской гипсовой шахты следующие:
- при показаниях от 0 до 15 – кровля слабонарушенная (безопасная), нижняя
защитная пачка гипса в кровле не расслоена до глубины 1,0 м;
- при показаниях от 16 до 30 – кровля средненарушенная, при которой необ-
ходимо постоянное наблюдение за ее состоянием, на участке без трещин необ-
ходимо выполнение контрольного бурения и уточнение строения кровли, а на
участках с трещинами требуется установка маяков;
- при показаниях свыше 30 – кровля сильнонарушенная, возможно обруше-
ние в любой момент, поэтому требуется либо немедленная оборка заколов и
выполнение работ по креплению, либо ограждение участка с запрещением дос-
тупа людей. Результаты контроля приведены на рис. 4, 5.
Увеличение раскрытия базовой трещины иллюстрируется рис. 6.
Рисунок 4 – Результаты обследования потолочины сопряжения между 7 сбойкой и 31
камерой VII панели в 2009 г.
0,7
0,9
0,5 0,8
156 155
176 175
К
ам
ер
а
31
V
II
п
ан
ел
и 7 сбойка
13 14
15
10
14
11
15
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
30
Рисунок 5 – То же в 2010 (а), 2011 (б) и 2012 (в) году
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
31
а) б)
а) – порядка 5 мм в 2010 г.; б) – порядка 10 мм в 2012 г.
Рисунок 6 – Увеличение раскрытия базовой трещины со временем на участке
сопряжения между 7 сбойкой и 31 камерой VII панели
Сказанное, на примере динамики раскрытия трещин в потолочине 35 каме-
ры VII-й панели, иллюстрируется рис. 7.
Рисунок 7 – Динамика изменения во времени среднейц ширины раскрытия трещин в по-
толочине 35 камеры VII панели
Выявленные закономерности развития блокообразования в кровле гипсовых
шахт позволили обоснованно подойти к выбору способов и средств контроля
кровли в зависимости от ее текущего геомеханического состояния (табл. 2).
Таблица 2 – Выбор способов и средств контроля кровли с блочной структурой
Этап развития
блочной структуры
Эксплуатационное
состояние выработки
Способ
контроля
Средство
Контроля
Отсутствие трещин
в кровле рабочее, без ограничений визуальный -
Наличие первичной
трещины
рабочее, с некоторыми
ограничениями
визуально-
инструментальный
индикаторная
станция СИМ
Наличие системы
трещин
Недопустима эксплуата-
ция без крепления то же станция СИМ, сигна-
лизатор СПК
Оконтуривание бло-
ков в кровле
аварийное состояние вы-
работки -«- сигнализатор СПК
Год
0
2
4
6
8
10
12
14
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008
С
ре
дн
ее
ра
ск
ры
ти
е
тр
е-
щ
ин
м
м
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
32
Результаты наблюдений динамики формирования трещин в кровле позволи-
ли установить следующее:
- эволюция диссипативной геомеханической структуры, какой является
кровля горных выработок, происходит с чередованием периодов ускоренного
развития деформационных процессов и периодов относительной стабильности;
- скорость деформаций в каждом последующем цикле выше, чем в преды-
дущем.
–––––––––––––––––––––––––––––––
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Steiner W. Sprodbruch in wenig festem Fels als Auslöser von Quellvorgangen: Beobachtungen und
Analysen / W. Steiner, P. K. Kaiser, G. Spaun // Geomechanik und Tunnelbau. - 2010. - №10. - S. 583-596.
2. Undergo und works in hard rock tunnelling and mining / P. K. Keiser [etc.] // Geo. Eng. 2000. -
Technomic Publ. Co, 2000. - pp. 841-926.
3. Kaiser P. K. Lessons Learned for Deep Tunneling from Rock burst Experiences in Mining / P. K.
Kaiser, D. D. Tannant // Symposium on “Vorerkundung und Prognose der Basistunnels am Gotthard und am
Lotschberg”. - Rotterdam: A.A. Balkema, 1999. - pp. 325–337.
4. Kaiser P. K. Rock Mechanics Challenges in Underground Construction and Mining / P. K. Kaiser, B.
H. Kim // Hem. Int. Rock Mech. - 2008. - pp. 23-38.
5. Kaiser P. K. Rock mechanics advances of underground construction and mining / P. K. Kaiser, B. H.
Kim // Korea Rock Mech. Society. - 2008. - pp. 1-16.
6. Hoek E. Rock Support for Underground Excavations in Hard Rock / Е. Hoek, P. K. Kaiser, W. F.
Bawden. - Rotterdam: A.A. Balkema, 1995. - 234 р.
7. Palmstrom A. Ground behaviourand rock engineering tools for underground excavations / A. Palm-
strom, H. Stille // Tunneling and Underground Space Technology. - 2008. - №1. - pp. 46–64.
8. Noher H. P. Setzungen Adler Tunnel mit Beitrag über Quellhebungen im Chienbergtunnel / H. P. No-
her // Mitteilungen Schw. Gesellschaft für Boden- und Felsmechanik. - 2002. - №145. - S. 15–26.
9. Diederichs M. S. Practical Spell Predictions in Tunnels / M. S. Diederichs, T. Carter // Proceedings
World Tunnel Congress. - Torino, 2010. - pp. 175-196.
10. Martin C. D. Evaluating the Design Risks for Deep Underground Excavations using Information
from surface based drill holes / C. D. Martin, Christianson // Proc. World Tunnel Congress. - Torino, 2010. –
pp. 47-54.
11. Kaiser P. K. Canadian Rock burst Support Handbook / P. K. Kaiser, D. R. McGrath, D. D. Tannant
// Mining Research Directorate. - Sudbury, 1996. - pp. 67-92.
12. Martin C. D. Hoek-Brown parameters for predicting the depth of brittle failure around tunnels / C.
D. Martin, P. K. Kaiser, D. R. McGrath // Canadian Geotechnical Journal. - 1999. - №1. - pp. 136-151.
13. Diederichs M. S. Rock fracture and collapse underflow confinement conditions / M. S. Diederichs //
Rock Mech. Rock Engr. - 2003. - №5. - pp. 339-381.
14. Martin C. D. Estimating the potential forspalling around a deep nuclearwaste repository in crystal-
line rock / C. D. Martin // Int. J. of RockMech. & Mining Sciences. - 2009.- №46. - pp. 219–228.
15. Kaiser P. K. With contributions by F. Amann & W. Steiner / P. K. Kaiser // Howhighly stressed brit-
tle rockfailure impacts tunnel design. Eurock2010. - Lausanne, 2010. - pp. 27–38.
16. Grob H. Schwelldruckim Blechentunnel / H. Grob // Int. Symposium on Underground Construction.
- Lucerne, 1972. - pp. 99–119.
17. Spaun G. Über die Ursachen von Sohlhebungen in Tunnel der Gipskeupers / G. Spaun // Festschrift
Leopold Muller-Salzburg zum 65 Geburtstag. - Karlsruhe, 1974. - S. 245–260.
_________________________
REFERENCES
1. Steiner, W. (2010), “Sprodbruch in wenig festem Fels als Auslöser von Quellvorgangen: Beobach-
tungen und Analysen”, Geomechanik und Tunnelbau, Vol. 10, S. 583-596.
2. Kaiser, P.K, Diederichs, M.S., Martin, C.D., Sharp, J. & Steiner, W. (2000), “Undergo und works in
hard rock tunnelling and mining”, Geo. Eng. 2000, Technomic Publ. Co, pp. 841-926.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
33
3. Kaiser, P.K. & Tannant, D.D. (1999), “Lessons Learned for Deep Tunneling from Rock burst Experi-
ences in Mining”, Symposium on “Vorerkundung und Prognose der Basistunnels am Gotthard und am
Lotschberg”, Rotterdam, Netherlands, рр. 325-337.
4. Kaiser, P.K. & Kim, B.H. (2008), “Rock Mechanics Challenges in Underground Construction and
Mining”, Hem. Int. Rock Mech, pp. 23-38.
5. Kaiser, P.K. & Kim, B.H. (2008), “Rock mechanics advances of underground construction and min-
ing”, Korea Rock Mech. Society, pp. 1-16.
6. Hoek, E., Kaiser, P.K. & Bawden, W.F. (1995), Rock Support for Underground Excavations in Hard
Rock, A.A. Balkema, Rotterdam, Netherlands.
7. Palmstrom,A. & Stille,H. (2008), “Ground behaviourand rock engineering tools for underground ex-
cavations”, Tunneling and Underground Space Technology, vol. 1, pp. 46–64.
8. Noher, H. P. (2002), “ Setzungen Adler Tunnel mit Beitrag über Quellhebungen im Chienbergtunnel”,
Mitteilungen Schw. Gesellschaft für Boden- und Felsmechanik, vol. 145, S. 15–26.
9. Diederichs, M.S., Carter, T. & Martin (2010), “Practical Spell Predictions in Tunnels”, Proceedings
World Tunnel Congress, Torino, Italy, pp. 176-196.
10. Martin C. D. (2010), “Evaluating the Design Risks for Deep Underground Excavations using Infor-
mation from surface based drill holes”, Proc. World Tunnel Congress, Torino, Italy, pp. 47-54.
11. Kaiser, P.K., McCreath, D.R. & Tannant, D.D. (1996), “Canadian Rock burst Support Handbook”,
Mining Research Directorate, Sudbury, Canada, pp. 67-92.
12. Martin, C.D., Kaiser, P.K. & McCreath, D.R. (1999), “Hoek-Brown parameters for predicting the
depth of brittle failure around tunnels”, Canadian Geotechnical Journal, vol. 1, pp. 136-151.
13. Diederichs M. S. (2003), “Rock fracture and collapse underflow confinement conditions”, Rock
Mech. Rock Engr, vol. 5, pp. 339-381.
14. Martin, C.D. & Christianson (2009), “Estimating the potential forspalling around a deep nuclear-
waste repository in crystalline rock”, Int. J. of RockMech. & Mining Sciences, vol. 46, pp. 219-228.
15. Kaiser, P. K. (2010), “With contributions by F. Amann & W. Steiner”, Howhighly stressed brittle
rockfailure impacts tunnel design. Eurock 2010, Lausanne, Switzerland, pp. 27-38.
16. Grob, H. (1972), “ Schwelldruckim Blechentunnel”, Int. Symposium on Underground Construction,
Lucerne, Switzerland, pp. 99-119.
17. Spaun, G. (1974), “Über die Ursachen von Sohlhebungen in Tunnel der Gipskeupers”, Festschrift
Leopold Muller-Salzburg zum 65 Geburtstag, Karlsruhe, Germany, S. 245-260.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Об авторах
Скипочка Сергей Иванович, доктор технических наук, профессор, заведующий отделом меха-
ники горных пород Института геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии
наук Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепропетровск, Украина, skipochka@ukr.net.
Паламарчук Татьяна Андреевна, доктор технических наук, старший научный сотрудник, ве-
дущий научный сотрудник в отделе механики горных пород, Институт геотехнической механики
им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепропетровск,
Украина, tp208_2008@ukr.net.
Сергиенко Виктор Николаевич, кандидат технических наук, старший научный сотрудник,
старший научный сотрудник в отделе механики горных пород, Институт геотехнической механики
им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепропетровск,
Украина, sergienko.vic@yandex.ru.
Амелин Владимир Анатольевич, магистр, ведущий специалист в отделе механики горных
пород, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины
(ИГТМ НАНУ), Днепропетровск, Украина, gips5@ua.fm.
Войтович Татьяна Геннадьевна, аспирант в отделе Механики горных пород, Институт гео-
технической механики им. Н.С. Поляков Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАН Украи-
ны), Днепропетровск, Украина, vojtovich.leonid@yandex.ru.
________________________________
About the authors
Skipochka Sergej Ivanovitch, Doctor of Technical Sciences (D. Sc), Professor, Head of Department
of Rock Mechanics, The Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics of the National Academy of Sci-
ence of Ukraine (IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine, skipochka@ukr.net.
mailto:skipochka@ukr.net/�
mailto:tp208_2008@ukr.net�
mailto:sergienko.vic@yandex.ru.�
mailto:leonid@yandex.ru�
mailto:skipochka@ukr.net/�
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
34
Palamarchuk Tatyana Andreevna, Doctor of Technical Sciences (D. Sc), Senior Researcher, Principal
Researcher in Rock Mechanics Department, M. S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics under the
National Academy of Science of Ukraine (IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine, tp208_2008@ukr.net.
Sergienko Viktor Nikolayevich of Technical Sciences (Ph.D), Senior Researcher, Senior Researcher in
Rock Mechanics Department, M. S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics under the National Acad-
emy of Science of Ukraine (IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine, sergienko.vic@yandex.ru.
Amelin Vladimir Anatolievich, Master of Science, Principal Specialist in Rock Mechanics Department,
M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics under the National Academy of Sciences of Ukraine
(IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine, gips5@ua.fm.
Vojtovich Tatiana Gennadievna, Doctoral Student in the Department in Rock Mechanics Department,
M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics under the National Academy of Sciences of Ukraine
(IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine, vojtovich.leonid@yandex.ru.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Анотація. Механізм деформування блочно-структурованого масиву, що вміщує гіпс,
полягає в деформуванні породних блоків, їх взаємному ковзанні і обертанні. При цьому зди-
мання порід викликано «тиском кристалізації гіпсу». У роботі представлено трилінійну за-
лежність між зсувним і крихким руйнуванням. Показано, що слід враховувати наслідки
впливу бічного тиску, як в "єдності", так і в "протиборстві" різних компонентів напружень, а
збільшення зони крихких руйнувань є ключовим для розуміння процесів здимання. По межі
природних блоків формуються тріщини. Після формування первинної (базової) тріщини має
місце релаксація розтягуючи напружень у покрівлі. Вторинні тріщини або пересікають пер-
винні, або спостерігаються поблизу від них. Показано, що зростання дефектів у масиві - не-
зворотний процес, який вимагає постійних досліджень, спостережень і прогнозу. Виявлені
закономірності розвитку блокоутворення в покрівлі гіпсових шахт дозволили обґрунтовано
підійти до вибору способів і засобів контролю покрівлі в залежності від її поточного геоме-
ханічного стану.
Ключові слова. Гіпсові родовища, покрівля, деформації, моніторинг.
Abstract. Mechanism of deformation of the block-structured gypsum-containing massif
includes deformation of rock blocks and their joint sliding and rotation. Swelling of enclosing rocks
is a result of "the pressure of gypsum crystallization." The paper presents three-linear dependence
between shear fracture and brittle fracture. It is shown, that consequences of lateral pressure
influence - both "unity" and "confrontation" of different stress components - should be taken into
account, and increase of brittle fracture zone should be considered as a key factor for understanding
processes of swelling. Cracks are formed along the border of the large blocks. When primary
(basic) cracks have been formed relaxation of the tensile stress ensues in the roof. Secondary
cracks either cross the primary cracks or are formed near them. It is shown that growth of defects in
the massif is an irreversible process, which requires further studies, observations and forecasts.
Revealed regularity of block formation in the roof of gypsum mines allowed to make reasonable
choice of methods and technique for the roof monitoring depending on its geomechanical state.
Keywords. Gypsum deposits, roof, deformation, monitoring.
Статья поступила в редакцию 12.07. 2013
Рекомендовано к публикации д-ром техн. наук В.Г. Шевченко
mailto:tp208_2008@ukr.net�
mailto:sergienko.vic@yandex.ru�
mailto:vojtovich.leonid@yandex�
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
35
УДК 622.647.2
В. Ф. Монастырский, д-р техн. наук, профессор
Р. В. Кирия, канд. техн. наук, ст. научн. сотр.
А. Н. Смирнов, магистр
(ИГТМ НАН Украины)
ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ КРУПНЫХ КУСКОВ ГРУЗА
ПО РОЛИКООПОРАМ ЛЕНТОЧНОГО КОНВЕЙЕРА
В. Ф. Монастирський, д-р техн. наук, професор
Р. В. Кірія, канд. техн. наук, ст. наук. співр.
А. М. Смірнов, магістр
(ІГТМ НАН України)
ДОСЛІДЖЕННЯ РУХУ КРУПНИХ ШМАТКІВ ВАНТАЖУ
ПО РОЛИКООПОРАМ СТРІЧКОВОГО КОНВЕЄРА
V. F. Monastyrsky, D.Sc. (Tech.), Professor
R.V. Kiriya, Ph.D. (Tech.), Senior Researcher
A. N. Smirnov, M.S (Tech.)
(IGTM, NAS of Ukraine)
STUDY OF THE LUMPS TRANSPORTATION BY
THE BELT-CONVEYER ROLL SUPPORTS
Аннотация. В статье рассмотрена одна из важных задач конвейерного транспорта: опре-
деление динамических усилий при движении крупных кусков груза по ставу ленточных кон-
вейеров различных конструкций: с жесткими роликоопорами; с канатными подвесными ро-
ликоопорами; с амортизированными роликоопорами и подвесными роликоопорами на амор-
тизированных подвесах. В отличие от предыдущих авторов, в данной работе основными
причинами возникновения динамических усилий при движении крупных кусков груза по ро-
ликоопорам ленточных конвейеров являются силы инерции, обусловленные прогибом ленты
под действием подвижной нагрузки. В представленной статье поставлены и решены задачи
колебаний ленты и става с различными типами роликоопор при движении по ним крупных
кусков груза. В результате решения этих задач определены силы реакции роликоопор при
движении по ним ленты с куском груза, а также определены коэффициент динамичности и
коэффициенты реакции роликоопор, равные отношению силы реакции к весу куска груза.
Кроме того, определены критические скорости ленты, при которых в ставе конвейера возни-
кают резонансы и автоколебания. При анализе полученных результатов исследований уста-
новлено, что коэффициент динамичности и коэффициент реакции роликоопоры с увеличени-
ем скорости ленты увеличиваются, а с увеличением натяжения ленты уменьшаются. Кроме
того, при скоростях ленты выше 2 м/с коэффициент динамичности для жестких роликоопор
больше коэффициента динамичности для подвесных роликоопор. А коэффициент реакции
для амортизированных роликоопор при любых значениях скорости ленты конвейера больше
коэффициента реакции для подвесных амортизированных роликоопор.
Ключевые слова: крупный кусок, роликоопоры, ленточный конвейер, динамические
усилия, коэффициент динамичности.
_____________________________________________________________________________
© В. Ф. Монастырский, Р. В. Кирия, А. Н. Смирнов, 2013
|