3.1. Способы изучения процесса сдвижения
толщи горных пород
При изучении процесса сдвижения горных пород непосредственно в натуре, т.е. в районе горных разработок, на исследуемом участке закладывают наблюдательную станцию с большим числом реперов. Путем геометрических измерений, которые проводят систематически, следят за положением реперов станции во времени и пространстве. Сопоставляя наблюдаемые смещения реперов с развитием горных работ, устанавливают необходимые закономерности развития процесса сдвижения. Результаты натурных наблюдений дают достоверный материал для понимания процесса сдвижения горных пород, однако проведение таких наблюдений требует много времени, а полученная информация носит узконаправленный характер. Для получения более полной информации необходима закладка такого типа станций в различных горно-геологических условиях.
При изучении процесса сдвижения горных пород в лабораторных условиях создают плоские и объемные модели исследуемого участка, на которых имитируют выемку полезного ископаемого и вызываемый ею процесс сдвижения. В основу каждой модели положен определенный геологический разрез, для основных горных пород которого предварительно определены физико-механические свойства. Задаваясь масштабом модели, подбирают материалы, механические свойства которых были бы эквивалентны одноименным свойствам породы натуры. Показатели механических свойств материалов модели определяют по формуле Г.Н.Кузнецова, вытекающей из общего закона подобия Ньютона,
,
(3.1)
где Nм – определяемая механическая характеристика (сопротивление сжатию, изгибу и т.п.) эквивалентного материала модели; l/L – масштаб модели (геометрический); м и н – плотность материала соответственно модели и пород натуры; Nн – соответствующая характеристика пород натуры.
Из подобранных эквивалентных материалов на специальном стенде (рис.13, 14) создают модель (плоскую или объемную). Затем из модели вынимают намеченную часть пласта (рудного тела), образуя «выработанное пространство». В окружающей толще пород модели начинает развиваться процесс сдвижения, за которым ведут наблюдения и измерения с помощью специальных приборов. В таких моделях изучают не только качественную, но и некоторую количественную сторону процесса сдвижения толщи горных пород. Лабораторный способ изучения процесса сдвижения толщи горных пород может дать хорошие результаты при его совместном использовании со способом натурных исследований процесса сдвижения на наблюдательных станциях. Достоинствами этого способа являются сравнительно малые трудоемкость, затраты времени на исследования, возможность всестороннего изучения процесса сдвижения толщи горных пород и земной поверхности, безопасность проведения эксперимента.
Теоретические исследования процесса сдвижения проводятся в двух направлениях: 1) с целью установления аналитических зависимостей между количественной стороной параметров процесса сдвижения и заданными горно-геологическими условиями, исходя из физической сущности процесса; 2) с целью разработки эмпирических способов расчета параметров процесса сдвижения, вытекающих из обработки материалов натурных и лабораторных исследований.
Первое направление пока не дало результатов, пригодных для использования на практике. Теоретические исследования проводятся на основе теории упругости, пластичности, ползучести и других. Многочисленность и неоднородность факторов, определяющих качественную и количественную стороны процесса сдвижения горных пород, а также ограниченность наших знаний о структуре и физико-механических свойствах горных пород на
разных глубинах создают проблемы адаптации тех или иных теорий к описанию процесса и дальнейшего использования описания для практических приложений.