« РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ НЕДР ИПКОН РАН На правах рукописи ...»
Таблица 2.2
Проведенные исследования указывают, что полученная зависимость (2.1) по составленной классификации Д.А. Казаковского, является частным случаем определения угла сдвижения для глубин, изменяющихся в диапазоне от 100 до 350 м. В то время как, глубина подработки месторождения значительно превышает выше приведенные пределы и порою достигает 1000 м.. Несоответствие угловых параметров, определенным по способу Д.А. Казаковского с фактическим величинами углов сдвижения, наиболее отчетливо проявляется при больших глубинах разработки угольных пластов. Этот факт вызвал необходимость оценки способа, применявшегося для определения углов сдвижения по способу Д.А. Казаковского, на основании которого составлены современные «Правила …» [58].
Таблица 2.1
| № п/п | Наименование месторождения | Угол сдвижения, | =н.н.-в.з | =н.н.-Казак. | |||
| Натурные наблюдения | По выведенной зависимости | По способу Д.А.Казаковского | |||||
| 1 | Донецкий бассейн | 85 | 82 | 80 | 3 | 5 | |
| 2 | Кузнецкий бассейн | 72 | 75 | 71 | -3 | 1 | |
| 3 | Карагандинский бассейн | 75 | 74 | 70 | 1 | 5 | |
| 4 | Челябинский бассейн | 70 | 73 | 69 | -3 | 1 | |
| 5 | Кизеловский бассейн | 85 | 81 | 78 | 4 | 7 | |
| 6 | Львовско-Волынский бассейн | 66 | 71 | 67 | -5 | -1 | |
| 7 | Воркутинское, Воргашорское месторождение | 84 | 80 | 78 | 4 | 7 | |
| 8 | Интинское месторождение Печерского бассейна | 65 | 70 | 54 | -5 | 12 | |
| 9 | Артемовское, Тавричанское месторождения | 65 | 69 | 51 | -4 | 14 | |
| 10 | Липовецкое месторождение | 70 | 73 | 69 | -3 | 1 | |
| 11 | Подмосковный бассейн | 55 | 58 | 44 | -3 | 11 | |
| 12 | Ахалцихское месторождение | 55 | 58 | 44 | -3 | 11 | |
| 13 | Ангренское месторождение | 60 | 65 | 48 | -5 | 13 | |
| 14 | Приморскуголь | 65 | 69 | 51 | -4 | 14 | |
| 15 | Ленгерское месторождение | 65 | 69 | 51 | -4 | 14 | |
| 16 | Сахалинуголь | 55 | 58 | 44 | -3 | 11 | |
| Средние | ±2 | ±8 | |||||
Таким образом, с учетом установленных зависимостей углов сдвижения от основных влияющих факторов, была выведена эмпирическая формула для определения углов сдвижения:
(2.5)
Имея данные, по ряду месторождений определенные натурным путем (таблица 2.2) составим уравнения с четырьмя неизвестными, взяв за основу метод Гаусса.
( 2.6)
Произведем над полученной системой уравнений элементарные преобразования. Для этого выпишем матрицу из коэффициентов при неизвестных системы (20) с добавлением столбца свободных членов, другими словами расширенную матрицу для системы (20):
Матрице (5) соответствует система уравнений:
(2.7)
которая получается из системы (20) с помощью некоторого числа элементарных преобразований и, следовательно, равносильна системе (20). Если в системе (4) r = n, то из последнего уравнения, находим единственное значение x4, из предпоследнего уравнения – значение x3 и т.д., наконец, из первого уравнения – значение x1.
Неизвестные х1,..., хn называются свободными. Из системы (21) определяем значения х1….х4, где:
Х4 = 0,1 показатель перед ; Х3=1,0 показатель перед 
;
Х2=2,2 показатель перед 
; Х1=3,5 показатель перед 
.
Подставив полученные значения Х1….Х4 в уравнение (2.5) получим:
(2.8)
Основываясь на обработке результатов инструментальных наблюдений с учетом установленных зависимостей углов сдвижения от основных влияющих факторов, была выведена формула для определения углов сдвижения (2.8)
где: fср – средневзвешенное значение коэффициента крепости;
m– мощность пласта, [м];
сж – предел прочности на одноосное сжатие, [т/м2];
– объемный вес, [т/м3];
Н – глубина залегания горных пород, [м];
D – размер выработки [м];
В качестве fcp принимают средневзвешенное по мощности слоев значение коэффициента крепости пород над серединой выработанного пространства:
(2.9)
Где f1…..fn - коэффициенты крепости основных литологических разностей коренных пород; m1…….mn - мощности основных литологических разностей пород.
Используя выведенную зависимость (2.8) были вычислены углы сдвижения для Донецкого, Кизеловского, Львовско-Волынского бассейнов, Воркутинского, Воргашорского и еще ряда месторождений из таб. 2.1. По данным таблицы 2.1, была построена гистограмма значений углов сдвижения определенные натурным путем, по способу Д.А. Казакоского и по выведенной зависимости (рис 2.6).
Анализ приведенных данных показывает, что расхождение величин общих углов сдвижения, определенных по результатам инструментальных наблюдений (фактических) и рассчитанных углов составляют +4...-5° при среднем квадратическом отклонении ±2°. Разность общих, вычисленных по методу Д.А. Казаковского, и фактических углов сдвижения достигает величин +14...-1°, а их средеквадратическое отклонение равно ±80. Таким образом, среднеквадратическое отклонение вычисленных углов от измеренных составляет ±20, тогда как отклонение углов сдвижения, определенных по составленной классификации Д.А. Казаковского [25] и Правилам [56] (которые не учитывали в совокупности влияние таких факторов, как глубина горных работ, мощность пласта, структуры, строение и состояние массива горных пород) от измеренных углов, составляет ±80.
Рис.2.6 График определения угла сдвижения по различным методикам
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2
При современных глубинах разработки месторождений для определения угловых параметров необходимо и достаточно учитывать четыре основных фактора, характеризующие:
- Свойства;
- Состояние;
- Строение;
- горно-геологические условия разработки месторождения, к которым относят:
- коэффициента крепости по М.М. Протодьяконову
- размера очистной выработки, который учитывается через соотношение D/H;
- отношения глубины горных работ к мощности пласта.
Которые описываются выражением:
Все вышеперечисленные факторы использовались ранее для определения угла сдвижения отдельно друг от друга, хотя каждый из них оказывает определенное влияние на угол сдвижения и не может быть рассмотрен отдельно друг от друга. Использование полученной зависимости позволяет оперативно и более точно определить угловые параметры на любом этапе проектирования и эксплуатации месторождения, в том числе и для месторождений с неизученным характером процесса сдвижения и своевременно корректировать эти параметры в изменившихся условиях залегания и разработки запасов. Выведенная зависимость определения угла сдвижения, значительно повышает надежность нахождения границ зоны вредного влияния подземных разработок на земной поверхности и в массиве горных пород.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ СОСТОЯНИЕ И СТРОЕНИЕ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД
- Анализ зависимости прочности горных пород на сжатие от глубины их залегания
Важнейшей задачей проектирования разработки месторождений полезных ископаемых подземным способом является обеспечение устойчивости горных выработок. Решению данной задачи посвящены многочисленные научные исследования, основные результаты которых нашли отражение в действующих Правила охраны сооружений от вредного влияния горных разработок. Однако эти Правила неприемлемы на новых месторождениях (в период проектирования шахт) и на разрабатываемых месторождениях с неизученным характером сдвижения горных пород, что обусловлено большим многообразием как инженерно-геологических особенностей породных массивов, так и технологии строительства подземных выработок.
Критерии устойчивости горных пород основаны, как правило, на сопоставлении прочности породного массива и напряжений на контуре выработки. Для обоснованного использования результатов лабораторного изучения прочностных характеристик пород необходимо учитывать влияние влажности, горного давления, масштабного эффекта, коэффициента структурного ослабления и трещиноватости породного массива на его прочность. В основном, все классификации, разработанные ранее, базируются на одном показателе – прочности пород, в то время как геомеханическое состояние массива определяется, прежде всего, отношением нагрузки на горную породу к ее прочности. При одной и той же прочности пород это отношение, в зависимости от глубины, может меняться в несколько раз, что необходимо учитывать, особенно при современных глубинах разработки месторождений полезных ископаемых. С увеличением глубины залегания физико-механические свойства пород могут изменяться. Это объясняется тем, что породы, залегающие на большой глубине, подвергаются значительному всестороннему сжатию, вызванному геостатическим давлением [24].
Под влиянием всестороннего сжатия происходит уплотнение пород. Наибольшее уплотнение пористых пород происходит до глубины залегания -1500 м. Сжимающие напряжения, обусловленные горным давлением на большой глубине разработки, приводят к смыканию трещин и пор, увеличивая сплошность породы.
Так, для разработки месторождений с неизученным характером процесса сдвижения проектирование необходимо вести постадийно, в зависимости от полноты исходных данных, в том числе от:
- прочности
сж - отношения веса налегающих пород к их прочности
(3.1)
- отношения веса налегающих пород к их прочности, с учетом коэффициента структурного ослабления
(3.2)
где: сж – прочность горных пород, [т/м2];
– Объемный вес, [т/м3];
Н – глубина залегания горных пород, [м];
Кс – коэффициент структурного ослабления.
Для подтверждения вышесказанного были взяты данные о физико-механических свойствах горных пород Карагандинского угольного бассейна. Вопросами наиболее подробного исследования физико-механических свойств горных пород Карагандинского бассейна занималась Ж.М. Канлыбаева [27].
Путем обработки материалов многолетних натурных наблюдений физико-механических свойств горных пород и анализа их влияния на процессы сдвижения массива, была получена достаточно определенная закономерность прочности горных пород от глубины их залегания, а также влияние коэффициента структурного ослабления на прочность 
сж горных пород. На основе полученных данных была построена зависимость изменения предела прочности горных пород на сжатие с глубиной их залегания, в том числе и с учетом коэффициента структурного ослабления Рис.3.1.
Рис. 3.1 Изменение предела прочности на сжатие образцов песчаника с глубиной их залегания:
1 – Без учета коэффициента структурного ослабления;
2 – С учетом коэффициента структурного ослабления.
Из анализа полученной зависимости (рис. 3.1) вытекает, что существует определенная тенденция увеличения прочности пород с глубинной, при этом до глубины 450 м., временное сопротивление пород сжатию быстро возрастает, далее рост сж замедляется. В свою очередь, при использовании отношения веса налегающих пород к их прочности, с учетом коэффициента структурного ослабления, четко прослеживается, что прочность горных пород с увеличением глубины, постепенно возрастает до глубины 100 м., а далее рост сж практически прекращается. Учитывая указанную тенденцию, мы попытались найти зависимость изменения сж с увеличением глубины залегания.
Эта зависимость имеет вид, приведенный на рисунке 3.1., и описывается эмпирическим выражением
(3.3)
где: сж – прочность горных пород, [т/м2];
Н – глубина залегания горных пород, [м];
Таким образом, полученные результаты указывают на тенденцию увеличения пределов прочностей пород с глубинной их залегания. Коэффициент структурного ослабления оказывает существенное влияние на прочность горных пород в массиве, т.е. прочность горных пород в массиве значительно снижается с учетом коэффициента структурного ослабления.
- Анализ влияния влажности на прочностные свойства горных пород
На соотношение прочности горных пород в массиве к прочности горных пород в образце влияют, как структурные неоднородности (частота трещин, включений и т.п.), так и влажность массива.
Физико-механические свойства слагающих горный массив пород весьма разнообразны и нестабильны. Особенно это относится к прочностным и деформационным характеристикам, которые оказывают существенное влияние на сдвижения горного массива и земной поверхности [6]. Прочностные характеристики сухих пород довольно детально изучены при одноосном и при трехосном напряженном состоянии [30, 50]. Известно, что в процессе водонасыщения горных пород происходит снижение упругих и прочностных показателей, увеличивается трещинообразование [6]. В сухом состоянии слагающие массив осадочные горные породы представляют собой двухфазные системы, состоящие из спрессованных различного рода и размеров твердых частиц. По характеру отношения к воде твердые частицы можно разделить на водоотталкивающие (гидрофобные) и смачиваемые (гидрофильные). Пустоты разделяют на разного размера и формы поры между частицами, а также на трещины. Поступающая в горный массив вода выступает как третья фаза, которая содержится в пустотах в виде паров, пленок, капель, свободной воды и т.п. Различают также физически связанную и кристаллизационную воду [62]. В связи с этим особое значение приобретают данные о естественной влажности, т. е. влажности пород в условиях естественного залегания. Величина естественной влажности пород зависит от многих факторов: климатических и гидрогеологических условий района распространения пород, их генезиса, состава и состояния.
Скальные породы, обладающие незначительной пористостью, имеют соответственно и малую влажность. Поскольку она не превышает долей процента или нескольких процентов, для практических расчетов ею можно пренебречь. Полускальные породы могут иметь уже большую влажность - до 15-20%, а иногда и выше. Для них влияние влажности на прочностные свойства уже существенно, и поэтому ее необходимо учитывать. Наиболее широкий диапазон колебания влажности характерен для рыхлых дисперсных пород. Следует заметить, что влажность песчаных пород зависит от их крупности, содержания глинистых и органических частиц, а влажность глинистых пород - от минералогического состава глинистой фракции, состава обменных катионов и других факторов. Влажность горных пород оказывает большое влияние на их физико-механические свойства. Влажность сказывается на прочности, морозостойкости, теплоемкости и других свойствах скальных и полускальных пород [68].
В связи с этим особое значение приобретают данные о естественной влажности, т. е. влажности пород в условиях естественного залегания. Количество воды, содержащейся в породе в естественных условиях, называют естественной влажностью. Транспортировка, длительное хранение и другие факторы вызывают изменение естественной влажности, что отражается на соотношении прочности горных пород в массиве к прочности горных пород в образце.
Вопросами изучения влияния влажности на прочностные свойства горных пород занимались К.Б. Бакитов, К.Ш. Джанбуршина, Ж.М. Канлыбаева, А.А. Коззев, В.Ю. Изаксон, Н.К. Звонорев [27; 32]. На основе данных, используемых в [27], и собственных исследований, была составлена таблица 3.1 со следующими характеристиками:
- прочности горных пород при естественной влажности;
- коэффициент естественной влажности Wест. непосредственно в массиве
- коэффициент влажности при лабораторных испытаниях Wлаб..
По данным таблицы 3.1 между параметрами сж. и влажности пород Wест., Wлаб. можно проследить зависимость.
Эта зависимость наглядно выражена на рис.3.2, из которой видно, что временное сопротивление пород на сжатие зависит от их влажности и эмпирически может быть описана гиперболической зависимостью вида:
(3.4)
где: сж - предел прочности при одноосном сжатии [МПа]
W - влажность [%]
Временное сопротивление пород на сжатие обратно пропорционально их влажности в лабораторных условиях, т.е. независимо от качества упаковки проб образцов происходит значительная потеря естественной влажности данных образцов.
Таблица 3.1.
| ПОРОДА | Предел прочности при естественной влажности, сж, кГ/см2 | Естественная влажность, Wест. % | Предел прочности при лабораторной влажности, сж, кГ/см2 | Лабораторная влажность, Wлаб. % |
| Красно-желтый песчаник | 50 | 8,3 | 63 | 6,4 |
| Темно-серый аргиллит | 55 | 8,5 | 72 | 6,2 |
| Темно –серый однородный алевролит | 70 | 4,8 | 84 | 4,3 |
| Темно –серый алевролит | 75 | 7,7 | 95 | 7,2 |
| Темно –серый слоистый алевролит | 87 | 6,8 | 109 | 6,3 |
| Серый алевролитовый песчаник | 125 | 4,7 | 150 | 2,8 |
| Серый однородный песчаник | 150 | 4,7 | 192 | 2 |
| Серый среднезернистый однородный песчаник | 285 | 2,7 | 356 | 1,2 |
Соотношение временного сопротивления пород на сжатие от естественной влажности, т. е. влажности пород в условиях естественного залегания выражение (3.4) примет вид
(3.5)
Рис.3.3 График зависимости временного сопротивления сжатию образца от влажности в лабораторных условиях.
Таким образом, зависимость временного сопротивления пород на сжатие от влажности непосредственно в лабораторных условиях примет вид:
(3.6)
Общий анализ данных, приведенных в таблице 3.1. и отображенных на рис.3.2 и рис.3.3, показывает, что минимальная влажность, которая может сохраняться в массиве 1,5 %, т.е. в естественных условия породы нельзя осушить меньше чем на 1,5 %. В то время, как минимальная влажность образцов горных пород в лабораторных условиях падает на 0,5 % и составляет 1,0 %. Таким образом, снижение влажности ведет к увеличению прочности пород. Учитывая все выше перечисленные особенности при определении геомеханического состояния необходимо принимать во внимание то, что естественная влажность горных пород меняется в пределах от 1,5% до 8,5%. Вообще влажность с глубинной уменьшается. Такой характер изменения влажности горных пород необходимо учитывать при прогнозировании процессов сдвижения горных пород и определении параметров систем разработки.
- Аналитический метод определения параметрического значения показателя (коэффициента) структурного ослабления
Ученых всего мира все чаще стала привлекать фундаментальная проблема описания протекания различных физических процессов в средах сложного структурного строения. К таким средам в первую очередь следует отнести массив горных пород. Многочисленными опытами было обнаружено, что при изменении размеров образцов из различных материалов их свойства (в том числе и прочность) меняются. Важность этой проблемы для горной промышленности состоит в том, что все горно-инженерные воздействия на массив должны выполняться на основе достоверных знаний о свойствах и состоянии горных пород, слагающих этот массив. При этом главная сложность состоит в том, чтобы перенести результаты лабораторных испытаний породных образцов малых размеров на достаточно большие участки массива сложного структурного строения.
Прочностные и деформационные свойства образца существенно отличаются от тех же свойств массива, т.к. в реальном структурно неоднородном теле, вероятность встречи дефектов (трещин, включений и т.п.) у крупных тел выше и поэтому с увеличением объема прочность неизбежно должна уменьшаться. Существуют понятия «свойства горных пород в массиве» и «свойства массива горных пород». Под свойствами пород в массиве понимаются свойства горных пород в объемах элементарного блока, соизмеримых с размерами лабораторных образцов. Показатели свойств пород в элементарных блоках зависят от объема породы и изменяются от показателей свойств элементарного блока в целом до показателей свойств отдельных породообразующих минералов. Под свойствами массива горных пород понимают их свойства в объемах, превосходящих размеры элементарного блока; массив при этом рассматривается как состоящая из элементарных блоков конструкция. Показатели свойств массива горных пород, так же как и показатели свойств пород в массиве, широко варьируют с изменением размеров массива и его состояния [38].
Свойства большинства горных пород неодинаковы по различным направлениям. Эта особенность, называемая анизотропией, на практике проявляется в том, что горная порода отделяется от массива по одним направлениям с меньшими затратами энергии, чем по другим. На анизотропию механических свойств массивов существенное влияние оказывает трещиноватость горных пород. Под анизотропией механических свойств (в макрообразце) понимают различие в численных значениях конкретных показателей, определенных по трем ортогональным направлениям; при этом основным является направление напластования или (при наличии) слоистости, два других взаимно перпендикулярны к основному. Ряд свойств горных пород (таких, как прочность, устойчивость, деформируемость и др.) важно характеризовать не только средними показателями, но и показателями, учитывающими их анизотропию, т. е. определяемыми по характерным направлениям. Остановимся подробнее на прочности горных пород с учетом показателя анизотропии. Для этого рассмотрим эмпирический критерий прочности, широко применяемый в зарубежной расчетной практике, критерий Хоека-Брауна [88], предложенный в виде:
(3.7)
где: сж.Л - прочность на одноосное сжатие ненарушенных горных пород (в образце);
3 – главное напряжение;
т и S - безразмерные константы материала
а - показатель степени, ранее принимаемый равным 0,5.
Чтобы получить прочность породы в массиве на одноосное сжатие, надо задать в уравнении (3.7) минимальное главное напряжение равным нулю 3= 0;
(3.8)
Таким образом, параметр S в критерии Хоека-Брауна выполняет роль учета степени нарушенности массива и снижения его прочности на сжатие по сравнению с образцом.
(3.9)
Если в уравнении (3.7) создать двухосное равномерное растяжение 1= 3 < 0; то массив разрушится, когда они достигнут уровня прочности на растяжение, что получаем, приравнивая в (3.7) выражение в скобках нулю:
(3.10)
По аналогии с выражением (3.9), где постоянная S выполняет роль показателя нарушенности массива, можем определить прочность на одноосное растяжение ненарушенного образца породы как
(3.11)
Таким образом, физический смысл постоянной m это соотношение предела прочности на одноосное сжатие к пределу прочности на растяжение ненарушенной породы (в образце).
(3.12)
Подставив в выражение (3.10) выражения (3.9) и (3.12) получим
(3.13)
Разделим каждый из членов выражения (3.13) на рас.Л.
(3.14)
В левой части выражении (3.14) отношение прочности пород на растяжение в массиве к прочности пород на растяжение в лабораторных условиях является ничто иное, как коэффициент структурного ослабления. В правой части выражения (3.14) отношение прочности пород на сжатие в массиве к прочности пород на сжатие в образце, также есть ничто иное, как коэффициент структурного ослабления. Из этого следует, что возможно сделать переход от коэффициента анизотропии к коэффициенту структурного ослабления.
В механике горных пород, Г.Л. Фисенко [75] впервые ввел понятие коэффициента структурного ослабления, численно равного отношению пределов прочности на одноосное сжатие массива и его стандартного образца.
(3.15)
где: сж.Л – прочность горных пород в образце [кГ/см2]
сж.М. – прочность горных пород в массиве [кГ/см2]
Вопросами изучения коэффициента структурного ослабления занималось большое количество ученых. Одновременно с Г.Л. Фисенко вопросами изучения коэффициента структурного ослабления занимались С.Е. Чирков, Б.З. Амусин, В.В. Райский. Влияние трещиноватости на упругие характеристики массива детально было изучено К.В. Руппенейтом [68]. В частности, им была выведена формула определения модуля упругости массива, разбитого зияющими и заполненными трещинами. Принципиально иной путь различия прочности образца и массива базируется на существовании общих закономерностей в поведении породного массива и деформирования образца за пределом прочности. В 1985 г. Н.К. Звонаревым [20] был предложен метод построения реологических зависимостей для массива горных пород по результатам испытания образцов.
Для определения коэффициента структурного ослабления справедливо равенство:
(3.16)
Таким образом, возможно, сделать переход от коэффициента анизотропии к коэффициенту структурного ослабления, для этого в выражение (3.14) произведем замену выражением (3.16):
(3.17)
(3.18)
(3.19)
В результате различных преобразований эмпирического критерия Хоека-Брауна была выведена взаимосвязь показателя анизотропии с показателем (коэффициентом) структурного ослабления (3.19), позволяющая определять свойства горных пород в массиве на основании материалов лабораторных исследований.
Полученное выражение взаимосвязи коэффициента структурного ослабления с отношением прочности пород на растяжение к прочности пород на сжатие в дальнейшем будем называть показателем неоднородности массива горных пород.
Также была выдвинута идея подобия многих физических процессов на микро и макро уровнях, в частности строение солнечной системы и строение атома, где по одной и той же схеме происходит вращение планет вокруг солнца и электронов вокруг ядра. Исходя из подобия этих процессов, возникла идея, что структура горных пород повторяется на макро и микро уровнях. Для проверки этой гипотезы был выполнен анализ лабораторных и натурных испытаний на месторождении «Черниговец»[57].
На данном месторождении по всем профилям на участках формирования временно нерабочих бортов были отобраны образцы пород и испытаны в соответствии с ГОСТом 21153.4-75.
Результаты определения физико-механических свойств 1180 образцов пород были систематизированы и приведены в табл. 3.2..
Таблица 3.2
| раст., МПа | сж., МПа |  | Показатель (Коэффициент) структурного ослабления | Пн | Кс -Пн |
| 14,9 | 121,6 | 0,122 | 0,039 | 0,043 | -0,004 |
| 13,9 | 123,5 | 0,113 | 0,033 | 0,038 | -0,005 |
| 12,6 | 112,8 | 0,111 | 0,034 | 0,037 | -0,003 |
| 10,7 | 152,9 | 0,070 | 0,014 | 0,018 | -0,004 |
| 14,0 | 132,0 | 0,106 | 0,029 | 0,035 | -0,006 |
| 16,5 | 171,2 | 0,096 | 0,025 | 0,030 | -0,005 |
| 11,3 | 106,5 | 0,106 | 0,027 | 0,035 | -0,008 |
| 12,9 | 117,9 | 0,110 | 0,032 | 0,036 | -0,004 |
| 11,5 | 97,0 | 0,119 | 0,039 | 0,041 | -0,002 |
| 10,6 | 163,7 | 0,065 | 0,012 | 0,016 | -0,004 |
| 8,7 | 125,4 | 0,069 | 0,017 | 0,018 | -0,001 |
| 1,5 | 17,7 | 0,082 | 0,020 | 0,024 | -0,004 |
| 14,0 | 132,0 | 0,106 | 0,033 | 0,035 | -0,002 |
| 16,7 | 168,0 | 0,099 | 0,025 | 0,031 | -0,006 |
В таблице 3.2 отражены, определенные лабораторным путем, показатели прочности пород на сжатие сж и прочности пород на растяжение рас., значения показателя неоднородности массива горных пород.
Так же были обработаны результаты натурных испытаний по определению показателя неоднородности массива горных пород на алмазных месторождениях, в частности на месторождении тр. Мир. Испытания проводились как при разведке месторождений в подземных разведочных выработках, так и в бортах эксплуатируемых карьеров [20].
Таблица 3.3
| испытания | сжатие, сж | растяжение, р | р/сж | КС | Кс расч. | Кс -Ксрасч. |
| Карьер тр. Мир | ||||||
| 1 | 67,5 | 9,3 | 0,138 | 0,061 | 0,051 | 0,01 |
| 2 | 27,8 | 4,5 | 0,162 | 0,07 | 0,066 | 0,004 |
| 3 | 16,9 | 8,2 | 0,485 | 0,09 | 0,083 | 0,001 |
| 4 | 21,5 | 10,8 | 0,502 | 0,085 | 0,074 | 0,011 |
| 5 | 78,6 | 10,6 | 0,135 | 0,064 | 0,05 | 0,014 |
| 6 | 42,5 | 6,3 | 0,148 | 0,06 | 0,057 | 0,003 |
| 7 | 25,6 | 12,3 | 0,480 | 0,097 | 0,068 | 0,029 |
| 8 | 122 | 15,8 | 0,130 | 0,066 | 0,047 | 0,019 |
| 9 | 81,1 | 10,9 | 0,134 | 0,031 | 0,049 | -0,018 |
| 10 | 59,7 | 8,4 | 0,141 | 0,076 | 0,052 | 0,024 |
| 11 | 66,6 | 9,2 | 0,138 | 0,051 | 0,051 | 0 |
| 12 | 116,2 | 15,1 | 0,130 | 0,066 | 0,047 | 0,019 |
| 13 | 71,3 | 9,8 | 0,137 | 0,076 | 0,051 | 0,025 |
| 14 | 79,9 | 10,8 | 0,135 | 0,059 | 0,05 | 0,009 |
| 15 | 64,4 | 25 | 0,388 | 0,072 | 0,052 | 0,02 |
| 16 | 59,8 | 8,4 | 0,140 | 0,056 | 0,052 | 0,004 |
| 17 | 71,8 | 9,8 | 0,136 | 0,046 | 0,051 | -0,005 |
| 18 | 28,7 | 14 | 0,488 | 0,101 | 0,065 | 0,036 |
| 19 | 33,5 | 5,2 | 0,155 | 0,076 | 0,062 | 0,014 |
| 20 | 34,1 | 5,3 | 0,155 | 0,086 | 0,061 | 0,025 |
| 21 | 56,8 | 8 | 0,141 | 0,066 | 0,053 | 0,013 |
| 22 | 63,4 | 8,8 | 0,139 | 0,05 | 0,052 | -0,002 |
| 23 | 17,2 | 3,3 | 0,192 | 0,086 | 0,083 | 0,003 |
| 24 | 31,9 | 5 | 0,157 | 0,076 | 0,063 | 0,013 |
| 25 | 35,4 | 5,4 | 0,153 | 0,07 | 0,06 | 0,01 |
| 27 | 67 | 9,2 | 0,137 | 0,046 | 0,051 | -0,005 |
| 28 | 52,6 | 7,5 | 0,143 | 0,044 | 0,054 | -0,01 |
| 29 | 27 | 4,4 | 0,163 | 0,086 | 0,067 | 0,019 |
| 30 | 54 | 7,7 | 0,143 | 0,076 | 0,054 | 0,022 |
| 31 | 31,9 | 5 | 0,157 | 0,08 | 0,063 | 0,017 |
| 32 | 44,2 | 16,5 | 0,373 | 0,081 | 0,056 | 0,025 |
| 33 | 29,5 | 4,7 | 0,159 | 0,076 | 0,064 | 0,012 |
| 34 | 129,9 | 16,8 | 0,129 | 0,058 | 0,046 | 0,012 |
| 35 | 140,3 | 18 | 0,128 | 0,055 | 0,046 | 0,009 |
| 36 | 14,3 | 6,9 | 0,483 | 0,096 | 0,092 | 0,004 |
| 37 | 50 | 7,2 | 0,144 | 0,059 | 0,055 | 0,004 |
| 38 | 16,7 | 3,2 | 0,192 | 0,096 | 0,084 | 0,012 |
| 39 | 33,5 | 5,2 | 0,155 | 0,086 | 0,062 | 0,024 |
| 40 | 26,3 | 4,4 | 0,167 | 0,086 | 0,067 | 0,019 |
| 41 | 19,1 | 3,5 | 0,183 | 0,106 | 0,078 | 0,028 |
| 42 | 98 | 13 | 0,133 | 0,081 | 0,048 | 0,033 |
| 43 | 57,4 | 18,1 | 0,315 | 0,072 | 0,103 | 0,019 |
В таблице 3.3 приведены значения прочности пород на сжатие и растяжение, вычисленное отношение выше перечисленных показателей, а также приведены данные результатов испытания по определению коэффициента структурного ослабления в массиве (на карьере тр. «Мир»).
Используя данные таблиц 3.2 и 3.3 построим график зависимости показателя неоднородности массива горных пород от отношения прочности пород на растяжения к прочности пород на сжатие, для этого по оси Y отложим значения показателя неоднородности массива горных пород, а по оси Х значения отношения прочности пород на растяжение к прочности пород на сжатие рис.3.4
Рис. 3.4 График зависимости показателя неоднородности массива горных пород от отношения прочности пород на растяжение к прочности пород на сжатие.
Учитывая указанную тенденцию, полученную на Рис 3.4, была получена кривая, которую можно аппроксимировать выражением вида:
(3.20)
где: 
а= 2
= рас/сж
Пн – показатель неоднородности массива горных пород;
рас. - предел прочности на растяжение [МПа];
сж.- предел прочности на сжатие [МПа];
Анализ приведенных данных показал, что расхождение показателей неоднородности массива горных пород, определенных по результатам инструментальных наблюдений и рассчитанных по выведенной зависимости составляют 0,0...-0,02 при среднем квадратическом отклонении ±0,01 на месторождении Черниговец и -0,01...-0,09 при среднем квадратическом отклонении ±0,05 на месторождении тр. Мир
Поскольку определение прочности горных пород на растяжение является более трудоемкой и сложной задачей, нежели определение прочности горных пород на сдвиг, была предпринята попытка определения показателя (коэффициента) структурного ослабления лабораторным путем. Для этого вместо прочности пород на растяжение определяли прочность горных пород на прямой сдвиг по естественной поверхности ослабления. Данные лабораторных испытаний проводились на примере тестирования образцов, взятых с золоторудного месторождения Гросс и Таборное, исследуемого профессором А.С. Вознесенским.
Таблица 3.4
| Номер образца | Прочность на прямой сдвиг, | Прочность на сжатие, сж | /сж | Пн | кс | кс-Пн |
| А1001 | 50 | 170 | 0,29 | 0,16 | 0,19 | 0,03 |
| А1008 | 40 | 160 | 0,25 | 0,13 | 0,155 | 0,03 |
| А1012 | 230 | 820 | 0,28 | 0,15 | 0,17 | 0,02 |
| А1017 | 150 | 500 | 0,30 | 0,16 | 0,19 | 0,03 |
| А2002 | 50 | 170 | 0,29 | 0,16 | 0,185 | 0,03 |
| А2004 | 50 | 180 | 0,28 | 0,15 | 0,165 | 0,02 |
| А2008 | 30 | 125 | 0,24 | 0,12 | 0,15 | 0,03 |
| А2011 | 280 | 940 | 0,30 | 0,16 | 0,19 | 0,03 |
| А2016 | 80 | 290 | 0,28 | 0,14 | 0,17 | 0,03 |
| B1003 | 50 | 170 | 0,29 | 0,16 | 0,18 | 0,02 |
| B1008 | 290 | 1010 | 0,29 | 0,15 | 0,18 | 0,03 |
| B1011 | 370 | 1200 | 0,31 | 0,17 | 0,19 | 0,02 |
| B1015 | 170 | 530 | 0,32 | 0,18 | 0,19 | 0,01 |
| B1016 | 60 | 221 | 0,27 | 0,14 | 0,168 | 0,03 |
| A1003 | 420 | 1400 | 0,30 | 0,16 | 0,175 | 0,01 |
| A1005 | 280 | 1100 | 0,25 | 0,13 | 0,15 | 0,02 |
