+3 8(066) 185-39-18
fПредмет:
Тип роботи:
Автореферат
К-сть сторінок:
25
Мова:
Українська
затопленні водою певних об’ємів гірничих виробок припливом води, які розраховувались з прямолінійної залежності. Це свідчить про те, що об’єм виробленого простору не можна визначати як добуток відробленої площі на потужність пласта. Необхідно ураховувати геомеханічні процеси, що відбуваються при обваленні порід над виробленим простором, та створення зон розпушених порід. Про складність гідрогеологічних процесів, які відбуваються при руху води у виробленому просторі, свідчить і встановлення турбулентного режиму руху у тріщинуватих породах. Аналіз досвіду розкриття затоплених виробок показує, що при тривалому затопленні породи насичувались водою, що приводило до зменшення їх міцності у 2-3 рази та збільшенню гірничого тиску. Разом з тим відзначалось, що параметри зміни фізико-механічних властивостей гірничих порід при зволоженні залежать від ступеня їх метаморфізму та порушеності.
Гірничі породи являють собою природні агрегати більш або менш постійного складу та побудови, які сформувались в результаті геологічних процесів та залягають у земній корі у вигляді самостійних літологічних різниць, механічні властивості яких характеризуються властивостями зразка гірничої породи.
Важливою характеристикою гірничих порід є їх механічні властивості – клас фізичних властивостей, що характеризує поведінку (стан) порід в умовах різних механічних силових дій.
Механічні властивості гірничих порід розділяються на деформаційні, що характеризують здатність порід деформуватись під навантаженням, міцності, що характеризують опір порід різної дії, та реологічні, що характеризують процеси деформування порід за часом.
Як відомо, гірничі породи характеризуються великою змінністю своїх фізико-механічних властивостей. Незважаючи на великий обсяг виконаних експериментальних досліджень в цьому напрямку, більшість питань потребують свого вивчення. Особливо гостро виникає необхідність у вивченні фізико-механічних властивостей гірничих порід при зволоженні їх шахтною водою.
Експериментальні дослідження проводились на унікальній установці нерівнокомпонентного трьохосьового стиснення УНТС, яка розроблена та створена у Відділенні фізико-технічних гірничих проблем (ВФТГП) ДонФТІ ім. О. О. Галкіна НАН України.
Використовувалась методика експериментальних досліджень, яка також розроблена в ВФТГП з використанням досвіду ВНДМІ, ІГД ім. А. А. Скочинського та інш. Основною особливістю вказаної методики є відображення (ідентифікація) умов навантаження випробуваних зразків, в яких знаходиться умовно виділений елементарний об’єм породи (вугілля) усередині гірничого масиву.
Штучне зволоження зразків здійснювалось шляхом безнапірного насичення у спеціальній установці. Зневадження зразків проводилось в ексикаторі з гігроскопічною речовиною при вакуумірованні та термічному висушуванні. Експериментальні дані оброблювались за допомогою персонального комп’ютера за спеціальною методикою розрахунку міцністних та деформаційних властивостей гірничих порід, яка базується на співвідношеннях механіки суцільних середовищ для об’ємного напруженого стану.
В результаті експериментальних досліджень було оцінено вплив вологонасиченості на основні механічні та енергетичні характеристики гірничих порід (пісковиків, аргілітів та вугілля (різних марок) такі як: міцність на одноосьове стиснення та об’ємна міцність, модуль Юнга, коефіцієнт Пуасона, модуль зсуву, об’ємний модуль деформації, модуль спаду, густина енергії формозміни, густина енергії зміни об’єму, густина енергії руйнування, ефективна поверхнева енергія та інш.
Аналіз результатів показує, що вологонасичення гірничих порід та вугілля шахтною водою дуже суттєво впливає на їх фізико-механічні властивості. Так для пісковиків при зростанні їх вологості до 3% зменшуються модуль пружності, модуль зсуву в 1, 3-1, 5 разів, а енергія руйнування в 3, 4 рази. Зменшення рівнів пружних модулів, густини енергії зміни об’єму та збільшення коефіцієнту Пуасона і густини енергії формозміни свідчить про пластифікацію порід. Аналіз залежностей “девіатор напружень-девіатор деформацій”, які отримані при деформуванні зразків з різними типами цементу в умовах об’ємного навантаження, показують, що при зростанні вологості (до 3%) спостерігається зменшення модуля спаду, що свідчить про схильність їх до більш в’язкого руйнування.
Міцність вугілля (марки Ж, К, Т) на одноосьове стиснення з збільшенням вологи від 0, 15 до 3% зменшується у 2, 8-3, 5 рази.
Дуже важливою характеристикою гірничих порід є ефективна поверхнева енергія (ЕПЕ), що характеризує тріщиностійкість матеріалу, – це енергія, яка необхідна для утворення нового елементу поверхні у тілі.
На рис. 1 зображена зміна ЕПЕ порід від вологості, де крива 1 – пісковик з глинисто-слюдяним та глинисто-кремінним цементом, 2 – пісковик з глинисто-карбонатним цементом. Тріщиностійкість зразків з збільшенням їх вологості від 0, 15% до 2% зменшується у 8 та 2, 5 рази. Т. т. опір пісковиків поширенню у них дефектів типу тріщин при їх зволоженні значно зменшується.
Рис. 1. Залежність ЕПЕ пісковиків від їх вологості: 1 – пісковик з глинисто-слюдяним та глинисто-кремінним цементом, 2 – пісковик з глинисто-карбонатним цементом.
У виробничому просторі шахтного поля, де здійснена виїмка вугільних пластів, відбулось обвалення уміщуючих порід, масив має різний ступінь структурних порушень: від повного руйнування біля відробленого пласта до деякого розвитку (збільшення) природної тріщинуватості при збереженні монолітності на віддаленні десятки метрів від пласта. Це означає, що ступінь водонасичення зруйнованих та частково порушених порід буде різним і пов’язаний з ним зміна характеристик порід буде різною.
З цього розуміння нами проведені дослідження водонасичення порід на спеціально підготовлених зразках.
Дані випробувань зразків порід показують, що з збільшенням структурної порушенності та водонасиченості порід збільшується усадка приблизно у 2, 0-2, 5 рази та знижується міцність у 2, 0 рази. Ці цифри відносяться до найбільш зруйнованих пород. Причому початкова тріщинуватість (3 та 8 видимих тріщин на зразку) вносе значно менший внесок в усадку порід, чим водонасичення.