Исследование условий динамических разрушений в массивах скальных пород

Разрушения скальных пород в динамических формах происходят при одновременном выполнении двух условий — высокой степени напряженности массива и способности пород накапливать достаточно большое количество упругой энергии при деформировании и выделять ее при разрушении. При этом процессы накопления и выделения энергии породами, не смотря на длительную историю исследований, нуждаются в дальнейшем изучении с применением современного оборудования и испытательных установок. Представлены результаты экспериментальных исследований пород Хибинских апатит-нефелиновых и Ковдорского магнетит-апатит-бадделеитового месторождений в условиях трехосного и одноосного сжатия. Анализ полученных данных показал, что склонность к динамическим разрушениям уртитов и апатит-нефелиновых руд (Хибинские месторождения) сохраняется при обоих режимах нагружения, а карбонатит (Ковдорское месторождение) в обоих случаях не проявляет склонности к динамическим разрушениям. Также установлено, что с переходом к трехосному нагружению и при снижении контрастности между компонентами тензора напряжений уменьшается способность пород к диссипации накопленной энергии. В связи с этим для целей прогноза динамических разрушений наибольший интерес представляют режимы нагружения пород с максимальной контрастностью компонентов тензора напряжений, т.е. одноосное нагружение. Для этих условий разработана и проверена упрощенная методика испытаний, предложены критерии оценки склонности пород к динамическим формам разрушений, исходя из анализа кривой допредельного деформирования образцов пород и величин удельной энергии деформирования при использовании стандартного оборудования.

Каспарьян Э. В., Кузнецов Н. Н., Шоков А. Н., Пак А. К. Исследование условий динамических разрушений в массивах скальных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2020. – № 4. – С. 69–84. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-40-69-84.

Каспарьян Эдуард Варужанович¹ — д-р техн. наук, старший научный сотрудник,
Кузнецов Николай Николаевич¹ — научный сотрудник, e-mail: nikavalon@mail.ru,
Шоков Анатолий Николаевич — канд. техн. наук, старший научный сотрудник, Санкт-Петербургский горный университет,
Пак Александр Клементьевич¹ — научный сотрудник,
¹ Горный институт Кольского научного центра РАН.

Кузнецов Н.Н., e-mail: nikavalon@mail.ru.

1. Musschenbroek P. Physical experimentales et geometriae. Leiden, Lugduni Batovorum S. Luchtmans, 1729. 685 p.

2. Fayol M. Note sur les mouvements de terrain provoquees par l’exploitation des mines // Bull. de la Soc. de Industrie Min., 1885, Vol. 14, pp. 805–858.

3. Протодьяконов М. М. Давление горных пород на рудничную крепь (теория рудничного крепления). — Екатеринослав: Типогр. Губерн. Земства, 1907. — 102 с.

4. Феннер P. Исследования горного давления (русский перевод) / Горное давление. — М.: Изд-во лит. по горному делу, 1961. — С. 5–68.

5. Лабасс А. Давление горных пород в угольных шахтах (русский перевод) / Вопросы теории горного давления. — М.: Госгортехиздат, 1961. — С. 59—164.

6. Huber M. Specific work of strain as a measure of material effort. Towarzystwo Politechniczne, Czas. Techniczne, Lwów, 1903.

7. von Mises R. Mechanik der festen Körper im plastisch deformablen Zustand // Göttin. Nachr. Math. Phys., 1913, Vol. 1, pp. 582–592.

8. Фридман Я. Б. Механические свойства металлов. Ч. 1. — М.: Машиностроение, 1974. — 472 с.

9. Авершин С. Г. Горные удары. — М.: Углетехиздат, 1955. — 236 с.

10. Петухов И. М. Горные удары на шахтах Кизеловского бассейна. — Пермь: Пермское книжное издательство, 1957. — 143 с.

11. Cook N. G.W., Hoek E., Pretorius J. P.G., Ortlepp W. D., Salamon M. D.G. Rock mechanics applied to the study of rockbursts // J. of the South African Inst. of Mining and Metallurgy, 1966, May, pp. 435–528.

12. Козырев А. А. Геомеханическое обеспечение горных работ при отработке удароопасных месторождений в тектонически напряженных массивах / Геомеханика при ведении горных работ в высоконапряженных массивах: сборник научных трудов. — Апатиты, 1998. — С. 11–25.

13. Kaiser P. K., Cai M. Rockburst damage mechanisms and support design principles / 8th Symposium on Rockbursts and Seismicity in Mines. Obninsk-Perm, 2013. Pp. 349–370.

14. Cai M. Prediction and prevention of rockburst in metal mines. Acase study of Sanshandao gold mine // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 2016, Vol. 8, No 2, pp. 204–211.

15. Kabwe E., Wang Y. Review on rockburst theory and types of rock support in rockburst prone mines // Open Journal of Safety Science and Technology, 2015, Vol. 5, pp. 104–121.

16. Петухов И. М., Линьков А. М. Механика горных ударов и выбросов. — М.: Недра, 1983. — 280 с.

17. Ставрогин А. Н., Протосеня А. Г. Прочность горных пород и устойчивость выработок на больших глубинах. — М.: Недра, 1985. — 271 с.

18. Brady B. H.G., Brown E. T. Rock mechanics. For underground mining. Springer Science+Business Media, 2005. 628 p.

19. Xu C., Liu X., Wang E., Zheng Y., Wang S. Rockburst prediction and classification based on the ideal-point method of information theory // Tunnelling and Underground Space Technology, 2018, Vol. 81, pp. 382–390.

20. Kozyrev A., Kasparyan E., Fedotova Iu., Kuznetcov N. The specificities of deformations and failures of highly stressed hard rock massifs // E3S Web of Conference, 2019, Vol. 129. DOI: 10.1051/e3sconf/201912901010.

21. Петухов И. М. Горные удары на угольных шахтах. — М.: Недра, 1972. — 221 с.

22. Фисенко Г. Л. Предельные состояния горных пород вокруг выработок. — М.: Недра, 1976. — 272 с.

23. Лодус Е. В. Энергообмен при деформировании и разрушении горных пород. Дис. докт. техн. наук, спец. 05.15.11, защищена 24.03.1994. — СПб., 1994. — 499 с.

24. Козырев А. А., Каспарьян Э. В., Федотова Ю. В., Кузнецов Н. Н. Оценка степени удароопасности скальных горных пород на основе результатов лабораторных испытаний // Вестник МГТУ. — 2019. — Т. 22. — № 1. — С. 138–148. — DOI: 10.21443/1560-9278-201922-1-138-148.