Контрольные вопросы
1. Какой массив горных пород называют ненарушенным?
2. Какие силы вызывают напряжения в ненарушенном горном массиве?
3. Что такое коэффициент бокового распора?
4. Чему равен коэффициент бокового распора для упругой среды?
5. Чему равен коэффициент бокового распора для сыпучей среды?
15 Методы исследования механических процессов в горном массиве
Исследование напряженно-деформированного состояния массива горных пород, его изменения в результате ведения горных работ, как привило, осуществляется в следующей последовательности.
После постановки задачи (например, изучить влияние способа охраны на устойчивость откаточного штрека) исследователь в натурных (шахтных) условиях изучает состояние данного вопроса. То есть, сначала по технической документации отбирает откаточные штреки с различными способами охраны, но с примерно одинаковыми другими условиями (величина и форма поперечного сечения, способ проведения и крепления выработок, прочность вмещающих пород, характеристика крепи, глубина расположения и т.д.). Обследует состояние отобранных выработок в шахтных условиях и уточняет их перечень. На основании изучения технической документации и обследования выработок, разрабатывает рабочую гипотезу и программу проведения исследований. В нее включаются натурные, а при необходимости исследовать влияние какого-нибудь фактора на изучаемую величину, проведение которого в натурных условиях требует больших затрат в течение длительного времени, и лабораторные исследования.
Проводит натурные, лабораторные и аналитические исследования. В результате обработки полученных результатов устанавливает искомые зависимости, определяет область их применения.
Так как критерием истины является практика, то для проверки полученных зависимостей планирует и проводит шахтный эксперимент.
Может быть и другой порядок исследования какого-то вопроса или явления, но в любом случае практика и теория неразрывны и дополняют друг друга.
Классификация методов исследования напряженно-деформированного состояния массива горных пород представлена на рисунке 15.1.
Рассмотрим сущность различных методов.
15.1 Натурные методы
В натурных (шахтных) условиях с помощью различных приборов определяются величины сдвижения горных пород, напряжений в горном массиве и нагрузок на крепи и другие естественные и искусственные сооружения.
К натурным относятся также визуальный и косвенный методы.
Сущность визуального метода заключается в том, что исследователь в натурных условиях изучает состояние горных выработок, поведение пород кровли в очистном забое и т.д. без применения специальной измерительной аппаратуры. Он делает зарисовки, отмечает характерные деформации крепи и вмещающих пород, определяя их величину с помощью простой рулетки. На эскизах фиксируются наиболее характерные моменты изучаемого явления. Восприятие этого явления и фиксация его зависят от опыта исследователя, условий проведения наблюдений и т.д. Поэтому они носят субъективный характер. Более объективную картину дает фотографирование изучаемого явления – метод фотофиксации. На фотографиях фиксируется полная картина, включая различные мелкие детали, на которые исследователь в шахте не обратил внимание.
Изучение и сопоставление фотографий, сделанных в различные периоды поддержания горной выработки, позволяют судить о динамике деформаций крепи во времени. Фотографирование позволяет документировать изучаемый процесс.
Метод фотофиксации дает качественную оценку смещений на контуре выработки. Попытки применения этого метода для получения количественной оценки смещений как у нас в стране, так и за рубежом не дали положительных результатов из-за сложности отыскания неподвижной точки в сечении выработки для наведения на нее видоискателя фотоаппарата.
При определенном опыте с помощью серийно выпускаемых фотоаппаратов при освещении двумя-четырьмя шахтными светильниками или специальной во взрывоискробезопасном исполнении фотовспышкой получаются четкие хорошие фотографии. При использовании шахтных светильников фиксируется участок выработки длиной до 10-12 м. При использовании фотовспышки длина участка меньше примерно в 2 раза.
Метод фотофиксации прост, надежен и поэтому широко применяется на практике.
Косвенный метод заключается в сопоставлении средних удельных затрат при различных технологиях выполнения работ (проведения, поддержания горных выработок и т.д.). Лучшим считается вариант с меньшими удельными затратами. Так, например, средняя стоимость поддержания 1 м выработки в год определяется по формуле
, (15.1)
где ΣR – фактические суммарные затраты на ремонт выработки (перекрепление, подрывку, замену элементов крепи, перестилку рельсового пути);
ΣR/ – дополнительные затраты на ремонт участков выработки, находящихся в неудовлетворительном состоянии, для приведения их в эксплуатационное состояния;
lн и lк — соответственно начальная и конечная длина выработки за рассматриваемый период времени;
n – число месяцев, за которые учитываются затраты на поддержание выработки.
Объем и стоимость ремонтных работ определяются по журналу учета состояния горных выработок и книге учета затрат на ремонт выработок.
Косвенный метод дает приближенную оценку эффективности того или иного способа охраны выработки. Для более точной оценки необходимо вести попикетный учет затрат.