Зональная дезинтеграция горных пород вокруг подземных выработок

Зональная дезинтеграция горных пород вокруг подземных выработок — физический эффект, который проявляется «вокруг подземных выработок, расположенных на глубине, где гравитационная составляющая напряжений близка к пределу прочности пород на одноосное сжатие либо превышает его, и происходит образование кольцеобразных чередующихся зон относительно ненарушенных и разрушенных пород» [3,5,6,7,8]. Явление противоречит представлениям классической механики горных пород и массивов [9], согласно которым движение фронта запредельного деформирования (разрушения, дезинтеграции) реализуется от контура выработки вглубь массива с образованием зон пластического, упруго-пластического и упругого состояний горных пород.

Вероятно, впервые эффект наблюдался в золоторудной шахте в Южной Африке [1,2], затем он был независимо открыт и описан в СССР [3-8,10]. Существует большое количество научных работ различных авторов, в которых представлены различные аспекты явления. Тем не менее, адекватная физическая модель и теория явления не созданы. Взамен предложены многочисленные гипотезы, которые не верифицированы [76].

Гипотезы о механизме явления

Парадоксальность явления инициировала появление гипотез, категорично [11,12] или неявно [13-16] отвергающих его физическую реальность.

Для интерпретации явления использовались многие математические модели механики сплошных и дискретных сред [17-46]. Принципиальный недостаток этого подхода заключается в абстрагировании от реальной структуры вещества: бесконечно малые объёмы (дифференциалы) со времен Сен Венана не учитывают реальные физические процессы в веществе [47].

Для устранения недостатков моделей на основе механики сплошных и дискретных сред разработаны модели учитывающие структуру массива методами физической мезомеханики [48-51].

Гипотеза, выдвинутая на основе закономерностей периодического горного давления, выстроена на предположении об изгибе слоистого массива над выработкой [52].

Ещё одна гипотеза разработана по аналогии с автоволновыми химическими процессами. С использованием модуля масштабного фактора α_i=2^i/2 предложены количественные параметры Курлени-Опарина явления: радиус начала зоны дезинтеграции r_i , толщина оболочки мелкомасштабной дезинтеграции Δri и пространственно-временная связь формирования зон [7,8]: r_i = r₀αⁱ,Δr_i=(0,05-0,11) r_i, r_i/t_i^1/2=const, где i- номер зоны дезинтеграции, отсчитываемый от контура выработки, r₀ — радиус выработки;t_i — время образования r_i зоны дезинтеграции.

С целью раскрытия природы явления зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок и физического обоснования параметров Курлени-Опарина разработана гипотеза на основе закономерностей кластеризации вещества на наноуровне [55-66,79].

Литература

Литература  

1. Cloete, D. R., Collett, P. A. G., Cooke, N. G. W., Jager,A. J., and White, A. J. A. The nature of the fracture zone in gold mines as revealed by diamond core drilling. Association of Mine Managers, Papers and discussions. 1972—1973.
2. Adams G.R;, Jager A.J. Petroscopic observation of rock fracturing ahead of stop faces in deep-level gold mines//J. South African Inst. Mining and Metallurgy, 1980, vol. 80, № 6.
3. Зональная дезинтеграция горных пород вокруг подземных выработок. // Шемякин Е. И., Фисенко Г. Л., Курленя М. В., Опарин В. Н. и др. ФТПРПИ. — Ч. I. 1986. — № 3. — Ч.2: Разрушение горных пород на моделях из эквивалентных материалов //ФТПРПИ.-1986.-№ 4. -Ч.З: Теоретические представления //ФТПРПИ. — 1987. — № 1. — Ч.4: Практические приложения // ФТПРПИ. — 1989. — № 4.
4. Глушихин Ф. П., Шклярский М. Ф., Рева В. Н., Розенбаум М. А. Новые закономерности разрушения горных пород вокруг выработок// Шахтное строительство −1986.-N2.
5. Шемякин Е. И., Фисенко Г. Л., Курленя М. В., Опарин В. Н. и др. Эффект зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок // ДАН СССР. — 1986. — Т. 289. — № 5.
6. Открытие № 400 СССР. Явление зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок / Е. И. Шемякин, М. В. Курленя, В. Н. Опарин, В. Н. Рева, Ф. П. Глушихин, М. А. Розенбаум. — Опубл. в БИ, 1992, № 1.
7. Зональная дезинтеграция горных пород и устойчивость подземных выработок / Опарин В. Н., Тапсисв А. П., Розенбаум М.А, Рева В. Н., Бадтиев Б. П., Тропп Э.А, Чанышев А. И./ИГД СО РАН. -Новосибирск: Изд. ИГД СО РАН, 2008.
8. Курленя М. В., Опарин В. Н. Проблемы нелинейной геомеханики. Ч. I // ФТПРПИ. −1999. -№ 3. : Ч. II // ФТПРПИ. −2000. -№ 4.
9. Борисов А. А. Механика горных пород и массивов. М.,Недра.1980.
10. Кайдо И. И. Исследование горного давления в подготовительных и нарезных выработках на гидрошахтах Кузбасса. Тр. ВНИИгидроуголь. Совершенствование технологии отработки угольных пластов и оборудования при гидродобычи. Новокузнецк. 1984.
11. Коган И. Самоорганизация горного массива вокруг полостей (неоднородностей). — МГГУ.- ГИАБ.-2009.- № 3.
12. Шестопалов А. В. Механизм самообразования техногенной трещиноватости при разработке газоносных угольных пластов.. — Доклад на семинаре в ИПКОН РАН 29.11.2000 г./ http://www.shestopalov.org/bibliot/publik.htm
13. Особенности и свойства явления самоорганизации в напряженных грунтовых и породных массивах вокруг протяженных геомеханических структур / Б. М. Усаченко, А. А. Яланский, В. В. Левит, А. Г. Заболотний, Т. А. Паламарчук, В. Н. Сергиенко // Геотехническая механика: Сб. науч. тр. ИГТМ НАНУ. Днепропетровск. 2002. № 40.
14. Яланский А. А., Паламарчук Т. А., Розумный С. Н. Особенности и диагностика процессов самоорганизации породного массива в окрестности горных выработок // Горный информационно-аналитический бюллетень.- М.: МГГУ, 2003.- № 3.
15. Открытие № 318. Закономерность самоорганизации грунтовых и породных массивов вокруг протяженных подземных выработок. — Международная академия авторов научных открытий и изобретений на основании результатов научной экспертизы заявки на открытие № А-399 от 20 апреля 2006 г. / Байсаров Л. В., Ильяшов М. А., Левит В. В., Паламарчук Т. А., Сергиенко Г. Н.,Усаченко В. Б.,Яланский А. А.
16. Курленя М. В., Опарин В. Н., Морозов П. Ф. и др. Эффект самоорганизации искусственных массивов с образованием ячеистых структур в виде пассивного ядра и активной несущей оболочки // Докл. АН СССР. — 1992. — Т. 323. — № 6.
17. Аннин Б. Д., Жигалкин В. М. Поведение материалов в условиях сложного нагружения. -Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999 г.
18. Гузев М. А., Парошин А. А. Неевклидовая модель зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок// ПМТФ. — 2000. — № 3.
19. Гузев М. А., Парошин А. А. Неевклидова модель зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземной выработки. Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, 690041 Владивосток Прикладная механика и техническая физика, 2001, № 1, т. 42,
20. Гузев М. А., Ушаков А. А. Критическое поведение параметра порядка в неевклидовой модели зональной дезинтеграции горных пород.
21. Гузев М. А., Макаров В. В., Парошин А. А., Опанасюк А. А. Модельные представления зонального деформирования и разрушения породного массива вокруг подземных выработок. //"Геодинамика и напр. сост. недр. Земли ", Новосибирск: ИГД СО РАН, 2002. Исследование явления зональной дезинтеграции вокруг горных выработок в изолиниях /А. Д. Алексеев, А. Ф. Морозов, К. Л. Метлов, Л. С. Метлов // X Междунар. конф. по механике горных пород: Тез. докл. -М., 1993.
22. Кива М. Н. Исследование закономерностей деформирования и разрушения сильно сжатых горных пород вокруг подземных выработок и разработка регулируемых конструкций крепи. — Автореф. дисс. … канд техн. наук. — ДВПИ им. В. В. Куйбышева.- Владивосток.-2004.
23. Ксендзенко Л. С., Сапелкина В. М. Исследование влияния свойств пород на развитие зональной структуры разрушения. МГГУ.- ГИАБ.- 2005.-№ 3,
24. Ксендзенко Л. С. Приложение методов механики дефектных сред к задаче зонального разрушения массива. МГГУ.- ГИАБ.- 2007.- № 8.
25. Макаров В. В. Зональное деформирование горных пород вокруг выработок и в образцах //Тезисы докл. X Международн. конф. по мех. горных пород.-М. 1993.
26. Макаров В. В. О зональном деформировании горных пород вокруг одиночных капитальных выработок//Механика подземных сооружений. -Тула: ТПИ, 1995.
27. Макаров В. В. О зональном деформировании массива горных пород вокруг капитальных выработок/Известия ТулГУ,серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». — Тула: ТулГУ, 1997.
28. Макаров В. В., Горланова Н. А., Звонарев M.И. О зональном деформировании массива горных пород вокруг горных выработок / Механика подземных сооружений. Тула, ТПИ, 1989.
29. Макаров В. В., Горланова Н. А., Звонарев М. И. О зональном деформировании массива горных пород вокруг горных выработок/Механика подземных сооружений.- Тула: ТПИ,1989.
30. Макаров В. В., Гузев М. А. Механизм зонального разрушения и деформирования горных пород вокруг подземных выработок, «Геодинамика и напр. сост. недр Земли», Новосибирск, ИГД СО РАН, 1999.
31. Макаров В. В., Емельянов Б. И., Звонарев М. И. Особенности формирования зон компрессии и дилатансии в массиве горных пород вокруг выработок // В сб.: Вопросы разработки месторождений Дальнего Востока. -Владивосток: ДВПИ, 1990.
32. Метлов Л. С., Морозов А. Ф., Зборщик М. П. Физические основы механизма зонального разрушения пород в окрестности горной выработки// ФТПРПИ. −2002. —№ 2.
33. Метлов Л. С. Возникновение локализованных состояний при релаксации напряжений в горных породах//Тезисы докл. X Межд. конф. по мех. горн, пород. — М.: ИГД, 1993.
34. Метлов Л. С. Механическая модель зональной дезинтеграции // Физика и техн. высоких давления (Киев). — 1995. — № 1.
35. Морозов А. Ф. Флуктуации зональной дезинтеграции осадочных пород вокруг подготавливающих выработок.// Уголь Украины. 1991, .№ 7.
36. Морозов А. Ф., Юскевич А. М. Флуктуации зональной дезинтеграции осадочных пород вокруг подготовительной выработки // Уголь Украины. — 1991. — № 7.
37. Морозов А. Ф., Метлов Л.С, Мордасов В. И. Устойчивость подготовительных выработок в условиях зональной дезинтеграции горных пород. Ч. 1. -Донецк: Донеччина, 1999.
38. Одинцев В. Н. Запредельное деформирование и зональная дезинтеграция горных пород вблизи выработок на больших глубинах // Горн. давл. и технол. подз. разр. руд на больших глубинах: Докл. Всес. совеш. «Интенс. методы подз. разр. руд на больших глубинах», — М., 26-28 июня 1990.-М., 1990.
39. Одинцев В. Н. Отрывное разрушение и зональная дезинтеграция массива вблизи глубоких выработок//Тезисы докл. X Междунар. конф. по мех. горн, пород. — М.: ИГД, 1993.
40. Рева В. Н., Тропп Э. А. Упруго-пластическая модель зональной дезинтеграции окрестности подземной выработки // В сб.: Физика и механика разруш. горн, пород примен. к прогнозу динам, явлений. — С.-Пб.:ВНИМИ,1995.-
41. Сапелкина В. М. Закономерности зонального разрушения горных пород вокруг подземных выработок в условиях больших глубин. Автореф. дис. … к.т. н. — Владивосток. ДВГТУ .-2008.
42. Чанышев А. И. К исследованию явления зональной дезинтеграции горных пород //Напряженно-деформированное состояние массива горных пород. — Новосибирск: ИГД, 1988.
43. Чанышев А. И., Белоусова О.Е, Лукьяшко О. А. Математические модели блочных сред в задачах геомеханики. // Ч. IV: Зависимость структуры от напряженного состояния // ФТПРПИ. — 2005. — № 4..
44. Чанышев А. И., Белоусова О. Е. Математическое моделирование процесса разрушения массива горных пород вокруг цилиндрической выработки // Труды научной конференции с участием иностранных ученых «Геодинамика и напряженное состояние недр Земли». Новосибирск. — 2006.
45. Явление зонального деформирования и разрушения горных пород вокруг подземных выработок и его математическая модель/ В. В. Макаров,М. А. Гузев, А. А. Опанасюк, М. Н. Кива и др. // Труды международной научно-практ. конф. «Тоннельное строит. России и стран СНГ в начале века: опыт и перспективы», Москва, 28-31 октября 2002 г., М: РТА, 2002,.
46. Bai Shiwei, Gu Zhimeng. Deformation monitoring of galleries in fractured rockmass and research on failure mechanism of surrounding rocks // Proc. Int. Symp. Eng. Сотр. Rock Form. Beijing, 3-7 Nov. 1986.
47. Xu Yuhyao Integral movement of with surrounding rock project and character of two opposite radial points moving in same direction // «loeoai rij)yaai. J. China Coal Soc.» 1989, N 2.
48. Wu Нао, Guo Zhi-kun, Fang Qin, Liu Jin-chun Mechanism of zonal disintegration phenomenon in enclosing rock mass around deep tunnels J. Cent. South Univ. Technol. (2009) 16: 0303−0311 DOI: 10.1007/s11771−009−0052−0
49. Сен-Венан Б. Мемуар о кручение призм. Мемуар об изгибе призм. Перевод с французского А. А. Парийского под редакцией и с вступительной статьёй Г. Ю. Джанилидзе. — Гос. Изд. Физико-математической литературы. -М. 1961.
50. Макаров П. В. Об иерархической природе деформации и разруше¬ния твердых тел и сред // Физ. Мезомех. −2004. -Т. 7. -№ 4.
51. Макаров П. В. Моделирование процессов деформации и разруше¬ния на мезоуровне // Изв. АН. Механика твердого тела. −1999. № 5.
52. Макаров П. В. Моделирование упругопластической деформации и разрушения неоднородных сред на мезоуровне // Физ. Мезомех. −2003. — Т. 6. — № 4.
53. Структурные уровни пластической деформации и разрушения/ В. Е. Панин, Ю. В. Гриняев, В. И. Данилов и др. — Новосибирск: Наука,1990.
54. Черняк И. Л., Ярунин А. С. Управление состоянием массива.- М.: Недра, 1970.
55. Кайдо И. И., Златицкий А. Н., Любогощев В. И. Управление напряженным состоянием пласта в зоне влияния очистных работ. — Тр. ВНИИгидроуголь. Повышение эффективности гидродобычи на шахтах Кузбасса. Новокузнецк. 1985.
56. Кайдо И.И Разработка способа охраны выемочных выработок при отработке пологих угольных пластов на гирдошахтах Кузбасса. Автореф. дисс. … канд. техн. наук. М. ИГД им. А. А. Скочинского.- 1987 .
57. Атрушкевич О. А., Кайдо И. И., Топоров С. П. Взаимодействие анкерной крепи с углепородным массивом в подготовительных выработках. Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых. Материалы I Международной конференции, Новокузнецк, СибГГМА , 1996.
58. Кайдо И. И. Дезинтеграция массива вокруг подготовительных выработок. Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых: Материалы II Международной конференции / СибГИУ. — Новокузнецк, 1997.
59. Кайдо И. И.О природе явления зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок (гипотеза). МГГУ.-ГИАБ.-2009.- № 1.
60. Кайдо И. И. Кластерная модель явления зональной дезинтеграции массива вокруг подземных выработок. МГГУ.-ГИАБ.-2009.- № 6.
61. Кайдо И. И. Управление состоянием массива при зональной дезинтеграции массива вокруг подземных выработок. МГГУ.-ГИАБ.-2009.- № 9.
62. Кайдо И. И. Особенности охраны целиками подготовительных выработок при зональной дезинтеграции массива . — МГГУ.-ГИАБ.-2010.- № 6.
63. Кайдо И. И. Новые аспекты явления зональной дезинтеграции массива вокруг подземных выработок. — МГГУ.-ГИАБ.-2010.- № 2.
64. Кайдо И. И. Проявление зональной дезинтеграции в поле напряжений вокруг подготовительной выработки. — МГГУ.-ГИАБ.-2010.- №.8.
65. Кайдо И. И. Особенности сохранения и формирования подготовительных выработок на границе с выработанным пространством при зональной дезинтеграции массива — МГГУ.-ГИАБ.-2010.- № 3.
66. Кайдо И. И. Формирование сечения выработки в два этапа в условиях зональной дезинтеграции — МГГУ.-ГИАБ.-2010.- № 5.
67. Виноградов В. А. Дивергенция. Конвергенция // Лингвистический энциклопедический словарь. М., 1990.
68. Владимиров В. А., Воробьев Ю. Л., Малинецкий Г. Г. и др. Управление риском. Риск, устойчивое развитие, синергетика. — М.- Наука, −2000.
69. Горелик Г. Е. Почему пространство трехмерно? М.: Наука. −1982
70. Давыдов А. С. Квантовая механика: М.- Наука, 1973.
71. Зотов А. В., Саранин А. А. Магические кластеры и другие атомные конструкции. Самоорганизация упорядоченных наноструктур на поверх-ности кремния. http:/www.RFBR.ru/ Физика и астрономия (Научно-популярные статьи).
72. Карпович В. Н. Философия науки и философия техники: от объяснения к практике // Философия науки. № 1(3). 1997.
73. Курленя М. В., Опарин В. Н. О масштабном факторе явления зональной дезинтеграции горных пород и канонических рядах атомно-ионных радиусов // ФТПРПИ. — 1996. — № 2
74. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. Введение. -М.: Мир, 1990
75. О природе вещей (De Rerum Natura).- Информконверсия, 2005.
76. Поппер К. Логика и рост научного знания. М., Прогресс, 1983
77. Разумовский О. С. Оптимология: Ч. 1: Общенаучные и философско-методологические основы: Н-ск: ИДМИ .- 1999.
78. Самосогласованное поле. http://allchem.ru/pages/physic/3476
79. Совершенствование технологии охраны подготовительных выработок на шахтах Кузбасса в условиях интенсивного горного пучения пород почвы. Учебное пособие. -М. МГГУ, 1995. // Кайдо И. И., Никишичев Б. Г., Саламатин А. Г., Соловьев А. С.
80. Шевелев И. Ш., Марутаев М. А., Шмелев И. П. Золотое сечение: три взгляда на природу гармонии. — М.: Стройиздат, 1990.

См. также

• Самоорганизация горного массива вокруг полости

Для улучшения этой статьи желательно?: Добавить иллюстрации. Связать? Воспользоваться подсказкой и установить ссылки из других статей Википедии. Викифицировать статью.