Угли маркшейдерский мониторинг геомеханических процессов в условиях золоторудного месторождения кызылалма диссертация на соискание академической степени магистра
Граничные условия в массиве горных пород
жүктеу/скачать 4.42 Mb.
|
| 3.2. Граничные условия в массиве горных пород
Граничные условия модели включают систему сил и деформаций, действующих по плоскостям, ограничивающим область массива горных пород, затронутую техногенным влиянием добычи полезных ископаемых. Их величины и направления определяются непосредственно параметрами напряженного состояния нетронутого массива горных пород. Фундаментальные представления о параметрах напряженно- деформированного состояния массива горных пород за последние несколько десятилетий претерпели серьезную эволюцию на основе теоретических и, особенно, экспериментальных исследований структуры и свойств скальных массивов и компонент первоначального и вторичного полей напряжений. До внедрения в практику исследований массовых экспериментальных измерений напряжений представления о напряженном состоянии массива горных пород базировались на гипотезах А. Гейма и А.Н. Динника, в соответствии с которыми вертикальные напряжения определяются весом налегающих пород, а горизонтальные - боковым распором деформирующихся пород. Экспериментальные измерения напряжений подтвердили справедливость этих гипотез. Вместе с тем было установлено, что в массиве горных пород, кроме гравитационных напряжений, действует сложнейший комплекс иных сил. обусловленных многочисленными факторами. Наиболее существенными среди них, имеющими повсеместное распространение являются тектонические силы. Остаточным напряжениям, напряжениям, вызванным метаморфизмом вмещающих пород, изменением водного режима и другими факторами, присущ более локальный характер. Таким образом, первоначальные горизонтальные напряжения, действующие на внешние границы, в общем случае включают следующие компоненты (см. рис. 3.1): силы бокового распора от действия веса налегающей толщи пород (σг); тектонические напряжения, характеризуемые величиной главных нормальных напряжений и направлением их действия. Силы бокового распора изменяются пропорционально глубине. Горизонтальные тектонические силы в соответствии с проведенными обобщениями экспериментальных данных постоянны по глубине, и первый инвариант горизонтальных тектонических напряжений составляет 01+02 = -30.8 ± 2.3 МПа [24]. Экспериментальными исследованиями напряжений и деформаций в процессе разработки месторождений в скальных породах установлено, что сложной иерархически-блочной структуре скального массива, рассмотренной в предыдущем разделе, присуще более сложное напряженно-деформированное состояние, параметры которого являются предметом дальнейших исследований. Они имеют прерывистый характер, со всей очевидностью проявляющийся на границах структурных блоков и создающий сложную многоступенчатую мозаичную картину распределения компонент напряженно-деформированного состояния. Современные экспериментальные методы определения напряжений основываются либо на распространенном в механике горных пород приеме создания возмущения в естественном поле напряжений путем образования полости в горном массиве и измерения сопутствующих деформаций в окружающих породах, либо путем измерения деформаций, возникающих в ненарушенном массиве горных пород под воздействием переменного поля напряжений [25]. В первом случае в результате обработки экспериментальных данных вычисляются абсолютные величины и направления действия главных нормальных напряжений, во втором случае вычисляются приращения напряжений, произошедшие в массиве горных пород между двумя сериями измерений. В зависимости от линейных размеров экспериментального участка различают измерения напряжений на малых и больших базах. Измерения на малых базах основываются на измерении деформаций разгрузки малых участков, не превышающих 10-15 см. Основной недостаток этого способа заключается в том, что полученные с его помощью данные о параметрах напряженного состояния не отражают реальных процессов, происходящих в массиве горных пород. В реальном массиве скальных пород поле напряжений имеет неоднородную структуру, что затрудняет оценку напряженного состояния крупного участка горного массива или всего месторождения по данным точечных измерений. Измерения напряжений на больших базах основываются на тех же теоретических предпосылках, что и измерения на малых базах. В качестве возмущающей полости используется зона обрушения от подземных горных работ. База измерения деформаций в этом случае увеличивается от первых метров до десятков и даже сотен метров. Методика определения напряжений на больших участках горного массива предусматривает проведение натурных измерений с охватом нескольких уровней структурных блоков, что придает экспериментальным данным качественно иное содержание. Измерения деформаций производят как по обычным поверхностным наблюдательным станциям, оборудованным для изучения процесса сдвижения горных пород, так и по специально оборудованным поверхностным и подземным наблюдательным станциям. В процессе разработки месторождения горизонтальные и вертикальные напряжения претерпевают существенные изменения. Во внутренней области деформирования наиболее серьезные изменения претерпевают горизонтальные напряжения, являющиеся основной причиной деформирования массива горных пород и земной поверхности. Однако во внешней области деформирования, находящейся под влиянием мощных техногенных нагрузок, возможны значительные изменения вертикальных напряжений за счет образования в массиве высокоградиентных зон деформаций. При рассмотрении данной геомеханической модели сдвижения горных пород следует подчеркнуть, что, в соответствии с масштабами отображаемых массивов горных пород, речь идет об интегральных характеристиках поля напряжений, для определения которых предпочтительны методы с базами измерений от сотен метров до нескольких километров. Таким образом, принятая в диссертационной работе методика решения поставленной задачи позволяет осуществлять контроль за развитием процесса сдвижения во внутренней и внешней зонах деформирования при любых граничных условиях: наличии гравитационных и тектонических сил, постоянных и переменных во времени; неоднородности граничных условий на разных уровнях иерархии; наличии анизотропии горизонтальных тектонических сил; несовпадении направлений анизотропии начального напряженно- деформированного состояния с параметрами залегания рудных тел и главными осями фигур, аппроксимирующих выработанное пространство и зоны обрушения. Таким образом, рабочая геомеханическая модель разрабатываемого месторождения для осуществления инструментального контроля за развитием процесса сдвижения и обеспечения сохранности охраняемых объектов может быть представлена в обобщенном виде (рис. 3.2). Среда геомеханической модели - массив горных пород - представляет собой сплошное однородное упругое изотропное объемное тело - нижнее полупространство, наделенное упругими, упруго-пластическими и иными свойствами. Деформационные свойства среды модели определяются численными значениями интегральных деформационных характеристик массива, соответствующими рассматриваемым базам деформирования. Рабочая зона модели представлена дневной поверхностью с охраняемыми сооружениями и природными объектами.
В теле модели образуется выработанное пространство в виде карьера при открытых горных работах или выработанное пространство с зоной обрушения, представляющие собой область техногенного возмущения. Параметры выработанного пространства претерпевают значительные изменения во времени и пространстве и определяются способом и последовательностью отработки месторождения. Образование в породном массиве выемки приводит к нарушению естественного равновесия гравитационных и тектонических сил и к формированию вторичного напряженно-деформированного состояния, сопровождающегося соответствующими деформациями. Вокруг области техногенного возмущения формируются области влияния, подразделяющиеся на внутреннюю и внешнюю зоны деформирования, имеющие свои особенности развития процесса сдвижения и деформирования породного массива и земной поверхности. Внутренняя зона формируется под действием уравновешенной системы сил в результате перераспределения напряжений вокруг техногенной области возмущения. Внешняя зона формируется под воздействием неуравновешенной системы сил в результате нарушения изостазии. Принципы построения наблюдательной станции для исследования общих закономерностей развития процесса сдвижения и контроля за состоянием охраняемых объектов, методы организации и проведения инструментальных наблюдений, их камеральной обработки и интерпретации специфичны для обеих областей деформирования - внутренней и внешней. жүктеу/скачать 4.42 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|