Обрушения бортов карьеров, сдвижение горных пород, разрушение горных выработок, горные удары являются основными опасными геомеханическими явлениями, сопровождающими разработку полезных ископаемых. Так или иначе все эти явления связаны со сложной механикой деформирования и разрушения горных трещиновато-блочных массивов. Расчет и прогнозирование таких процессов являются сложнейшими задачами в силу того, что горный массив не является сплошным. Методология исследований. Исследования основаны на ранее предложенном автором критерии прочности трещиновато-блочного массива горных пород. Результаты исследований, их анализ и рекомендации к применению. В работе, с опорой на полученный ранее на основе фактического трансляционноротационного механизма потери устойчивости горным массивом критерий устойчивости (прочности) горного массива, впервые предлагаются аналитические не относительные (абсолютные) показатели его устойчивости, учитывающие как прочность структурных элементов, так и ориентировку трещиноватости. На их основе даются примеры решения прикладных геомеханических задач устойчивости горного массива при открытой и подземной разработке месторождений, определения «истинных» значений характеристик паспорта прочности на сдвиг по результатам стабилометрических испытаний, а также предложен паспорт прочности горного массива для решения фундаментальных и прикладных вопросов геодинамики, геофизики и др.
Рассмотрены вопросы, связанные с повышением устойчивости выработок при их проходке буровзрывным способом в массивах, подверженных действию тектонических сил. Это позволяет выработать необходимые требования к технологическим параметрам паспорта буровзрывных работ, выполнение которых обеспечивает снижение негативного влияния наряженного состояния законтурных пород. Цель работы - повысить устойчивость законтурных пород при буровзрывном способе проходки на основании использования закономерностей изменения напряженного состояния законтурного массива в процессе формирования сечения выработки. Методология. В основу определения условий снижения напряженного состояния законтурного массива в процессе формирования сечения выработки положены аналитические исследования, основанные на закономерностях формирования поля напряжений в упругой среде вокруг отверстий, а также на теоретической оценке времени релаксации законтурных напряжений при расширении врубовой полости.
Обрушения бортов карьеров, сдвижение горных пород, разрушение горных выработок, горные удары - основные опасные геомеханические явления, сопровождающие разработку полезных ископаемых. Так или иначе все они связаны со сложной механикой деформирования горных трещиновато-блочных массивов. Расчет и прогнозирование таких процессов - сложнейшая задача в силу того, что горный массив не является сплошным. Методология исследований. Исследования основаны на ранее предложенном автором критерии прочности трещиновато-блочного массива горных пород. Результаты исследований, их анализ и рекомендации к применению. Выделены три вида возможной потери устойчивости блочным массивом. В работе, возможно, впервые в мировой практике, показано, что многие явления и процессы геомеханики, такие как обрушения бортов карьеров, сдвижение горных пород, формирование нагрузки на крепь и даже горные удары, имеют единую природу, они обусловлены дилатансионными процессами в трещиновато-блочном массиве. Предложен метод расчета откосов в трещиновато-блочном массиве, сделан вывод о том, что он имеет принципиальное отличие от расчета откосов в рыхлой толще. Предложенный метод учитывает механику разрушения блочного массива, тем самым показывается некорректность использования критерия Кулона при расчете устойчивости блочных массивов. При использовании предложенного метода (критерия прочности массива) снимается главная прикладная проблема - обоснование характеристик прочности блочного массива. Указана необходимость оценки устойчивости трещиновато-блочных откосов бортов карьеров в горизонтальной плоскости. На основе критерия предложена зависимость определения нагрузки на крепь выработок в зависимости от напряженного состояния массива в пластической фазе. Дана интерпретация явления зональной дезинтеграции массива.
Актуальность и проблематика вопроса. Процесс сдвижения горных пород является одним из самых сложных в геомеханике и всецело не может быть описан ни одной из существующих математических моделей горного массива, что связано с различной стадийностью его деформирования, а также потерей сплошности. Фактически все существующие методики определения угловых параметров процесса сдвижения являются эмпирическими и основаны на корреляционных зависимостях углов разрыва и сдвижения от коэффициента крепости по шкале М. М. Протодьяконова, который, в свою очередь, никак не характеризует структуру горного массива. Еще большую проблему представляет определение областей опасных сдвижений в массиве. Теоретических методов определения границ областей опасных сдвижений, как в действующих нормативных документах, так и в научных российских и зарубежных публикациях, не приводится, что является следствием недостаточного развития теории оценки устойчивости горного массива (бортов карьеров, откосов отвалов и т. д.) и несоответствия теоретических расчетов результатам инструментальных наблюдений за процессом сдвижения. Методология. Предложен прямой метод определения границ областей опасных сдвижений (деформирование массива с разрывом сплошности) посредством построения поверхностей скольжения в массиве с применением вариационного метода, т. е. на основе метода предельного равновесия (сплошная среда). Результаты исследований. Использование вариационного метода позволяет построить область опасных сдвижений, определить углы разрывов, сдвижения и т. д., при этом в качестве показателя устойчивости массива используется сцепление горного массива, учитывающее его структуру.