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			EDN	YOUDRZ
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.
Финансирование
Благодарности
Список источников	1. Строительные нормы и правила СНиП II-94-80. Часть II Нормы проектирования. Глава 94 Подземные горные выработки [Текст]. — М.: Госстрой СССР, 1982. — 30 с. 2. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР [Текст]. — Л.: ВНИМИ, 1986. — 155 с. 3. Расположение, охрана и поддержание горных выработок при отработке угольных пластов на шахтах [Текст]. — Донецк: УкрНИМИ, 1998. — 163 с. 4. Литвинский, Г. Г. Запредельное поведение пород вокруг горной выработки (порождающее решение) [Текст] / Г. Г. Литвинский // Сб. науч. трудов ДонГТУ. — Алчевск: ДонГТУ, 2017. — Вып. 6 (49). — С. 5–14. 5. Вопросы теории горного давления [Текст] // Сб. переводов под ред. проф. П. И. Городецкого, А. А. Борисова. — М.: Госгортехиздат, 1961. — 300 с. 6. Petar Jovanović. Proektovanje i proraćun podgrade horizontalnih podzemnih prostorija [Текст] / Petar Jovanović. — Beograd: Rudarsko-geolośki fakultet Univerziteta, 1994. — T. 2. — 316 str. 7. Заславский, Ю. З. Проявления горного давления в глубоких шахтах Донбасса [Текст] / Ю. З. Заславский. — М.: Недра, 1963. — 238 с. 8. Литвинский, Г. Г. Аналитическая теория прочности горных пород и массивов [Текст] / Г. Г. Литвинский. — Донецк: Норд-Пресс, 2008. — 207 с.
Полный текст