» » Управление деформированием подработанных массивов пород в зонах совместного влияния карьера и подземных выработок

Управление деформированием подработанных массивов пород в зонах совместного влияния карьера и подземных выработок

23.08.2016

В горной геомеханике существует понятие «зона влияния» горной выработки. Как это часто бывает, в указанный термин в различных случаях вкладывают различное содержание.
Мы под термином «зона влияния» будем подразумевать пространство вокруг открытой или подземной горной выработки, в котором образование (сооружение) этой выработки заметно изменило существовавшие до этого состояние, состав и свойства среды.
В приведенном определении использован термин «заметное изменение» характеристик среды. В каждой конкретной задаче приращения характеристик среды необходимо указывать в конкретных численных значениях.
Например, согласно Инструкциям, границы зоны (мульды) сдвижения на земной поверхности обозначают максимальными скоростями оседания, равными 5 мм/год (Тырныаузское месторождение).
Геологическая среда при разработке месторождения изначально предстает как участок земной коры, отражающий историю её формирования и развития.
В естественных условиях в пределах короткого промежутка времени, сопоставимого со временем отработки месторождения, указанные начальные характеристики массивов пород остаются, как правило, постоянными и равновесными.
Однако при разработке месторождения с помощью любой из существующих технологий отмеченные характеристики массива изменяются, т.е. они отражаются уже новыми полями (поверхностями топографического порядка), нежели это было в нетронутом массиве.
В простейшем случае, когда применяется только подземный или открытый способ разработки, закономерности перехода из естественного на следующий уровень характеристик чаще всего отражают путем аналитических вычислений. Например, с достаточной для решения технических задач точностью можно посредством расчетов определить границы и параметры зоны изменения первоначального (естественного) поля напряжений в массиве пород, вызванного образованием карьерной выемки. Можно также вычислить деформации, возникающие вследствие указанных изменений напряжений и т.д.
Точно также определяют параметры поля напряжений и деформированного состояния, полученного при проведении подзем ной горной выработки в нетронутом массиве пород.
При этом мы должны помнить, что путем аналитических вычислений получаем результаты воздействия горных выработок, моделируемых простейшими геометрическими фигурами, на начальное поле напряжений в массиве пород.
Последнее принимаем в виде сплошного, однородного, изотропного, симметричного поля, обусловленного, как максимум, тремя категориями сил: гравитационных, гидростатических и тектонических.
Между тем, в действительности массив горных пород — среда уникальная во всех отношениях, и её точную адекватную аналитическую модель составить в обозримом будущем, видимо, не удастся.
Здесь уместно вспомнить об интересной мысли, высказанной П.Н. Панюковым, о коллективных свойствах пород в массиве. Согласно этой концепции, горные породы в массиве по влияниям многочисленных факторов теряют свои индивидуальные свойства, и «... формируются свойства породного массива, которые нельзя вывести из индивидуальных свойств пород, слагающих данный массив».
Можно добавить, что составляющие массив породы и факторы, определяющие его свойства, находятся во взаимодействии постоянно, вплоть до момента отделения исследуемой части пород от массива.
Можно отследить следующую упрощенную схему формирования современного напряженного состояния массива горных пород.
Предположим, что первоначальное напряженное состояние было обусловлено гравитационными (в общем случае — неньютоновскими) силами. Этому напряженному состоянию массива соответствовали определенные состав и свойства пород. В дальнейшем в результате многократного воздействия многочисленных эндогенных и экзогенных факторов (водно-физических, термических, тектонических и т.д., а теперь — и антропогенных) возникали новые поля напряжений, которые взаимодействовали с предыдущими, горные породы испытывали соответствующие им деформации, приобретали новые состав и свойства, И вся эта система на какое-то время приходила в относительно равновесное состояние.
Причем, как было отмечено ранее, не обязательно, чтобы каждый раз новые характеристики системы (массива горных пород) были следствием индивидуальных свойств пород, слагающих массив.
В описанных закономерностях формирования и развития свойств массивов горных пород на ограниченном пространстве заметную роль играют и антропогенные факторы, в частности, разработка месторождений полезных ископаемых.
Происходящие при этом необратимые процессы также являются следствием формирования нового, не существовавшего ранее поля напряжений и вызванных ими деформаций массива пород, а также возникновения новых свойств слагающих его пород.
Эти процессы и сопровождающие их формирования в массиве пород при открытой разработке месторождения будут отличаться от таковых при подземной разработке. При комбинированной разработке они отличаются от тех и других
Отличие обусловлено прежде всего интеграцией трех групп полей напряжений: естественного, наведенного карьером и наведенного подземными выработками.
Синтезированное таким образом качественно новое поле напряжений способствовало возникновению в массиве пород и в элементах горно-технических сооружений новых форм и количественных соотношений признаков в деформировании и изменении свойств пород.
Можно выделить несколько характерных для комбинированной разработки форм проявления напряженно-деформированного состояния пород.