Прогноз возникновения и распространения трещин растяжения на основе физико-механических свойств горных пород

В натурных условиях, особенно на больших глубинах, вокруг выработок наблюдается возникновение слоев параллельных трещин. Эти трещины называются трещинами растяжения, которые возникают от воздействия сил сжатия. Данный вид разрушения относится не к сдвигу, а к растяжению. Значение растягивающей деформации массива горных пород, при которой образуются и развиваются трещины, позволяет определить потенциал нестабильности горной массы вокруг выработок. Критическое значение деформации растяжения горных пород имеет практическую значимость при определении размеров зон растягивающих деформаций и является важным параметром при выборе анкеров для закрепления их замковой части в устойчивой части массива. В этой статье были составлены математические уравнения для прогнозирования порога образования ( ) и распространения ( ) трещин растяжения на основе физико-механических свойств горных пород (прочности на сжатие, коэффициента Пуассона и модуля упругости). Для проверки достоверности установленного математического уравнения значения  и сравнивались с результатами, полученными с помощью метода калибровки численной модели в сочетании с фактическими наблюдениями в рудниках. Математические уравнения устанавливаются на основе физико-механических свойств образца при сжатии и проверяются с учетом циклической численной калибровки следующим образом: моделирование - наблюдение - калибровка.

Нгуен Ван Минь, Умаров А. Р., Янбеков А. М., Хажыылай Ч. В. Прогноз возникновения и распространения трещин растяжения на основе физико-механических свойств горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2021. – № 6. – С. 84–94. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_6_0_84.

Нгуен Ван Минь — аспирант, e-mail: minhnv@utt.edu.vn, ГИ НИТУ «МИСиС»,
Умаров Абдулжалил Рамисович¹ — лаборант, e-mail: flek1231998@mail.ru,
Янбеков Амир Маратович¹ лаборант, e-mail: yanbekov17@mail.ru,
Хажыылай Чодураа Владимировна¹ — лаборант, e-mail:hod.872198@mail.ru,
¹ НИЦ «Прикладная геомеханика и конвергентные горные технологии» ГИ НИТУ «МИСиС».

Нгуен Ван Минь, e-mail: minhnv@utt.edu.vn, Умаров А.Р., e-mail: flek1231998@mail.ru.

1. Guzev M. A., Odintsev V. N., Makarov V. V. Principals of geomechanics of highly stressed rock and rock massifs // Tunnelling and Underground Space Technology. 2018, vol. 81, pp. 506—511.

2. Joughin W. C. Dealing with uncertainty and risk in the design of deep and high stress mining excavations / Proceedings of the Eighth International Conference on Deep and High Stress Mining, Australian Centre for Geomechanics, Perth. 2017, pp. 489—507. DOI: 10.36487/ ACG_rep/1704_33.3_Joughin.

3. Wagner H. Deep mining: a rock engineering challenge // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2019, vol. 52, pp. 1417–1446. DOI: 10.1007/s00603-019-01799-4.

4. Eberhardt E., Stead D., Stimpson B., Read R. S. Identifying crack initiation and propagation thresholds in brittle rock // Canadian Geotechnical Journal. 1988, vol. 35, no. 2, pp. 222— 233. DOI: 10.1139/cgj-35-2-222.

5. Barton N., Shen B. Risk of shear failure and extensional failure around over-stressed excavations in brittle rock // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2017, vol. 9, no. 2, pp. 210—225. DOI: 10.1016/j.jrmge.2016.11.004.

6. Kuijpers J. Fracturing around highly stressed excavations in brittle rock // Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy. 2000, vol. 100, pp. 325–332.

7. Лушников В. Н., Сэнди М. П., Еременко В. А., Коваленко А. А., Иванов И. А. Методика определения зоны распространения повреждения породного массива вокруг горных выработок и камер с помощью численного моделирования // Горный журнал. — 2013. — № 12. — С. 11–16.

8. Еременко В. А., Аксенов З. В., Пуль Э. К., Захарова Н. Е. Исследование структуры вторичного поля напряжений призабойной части подготовительных выработок при проходке выбросоопасных пластов с использованием программы Map3D // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 5. — С. 91—104. DOI: 10.25018/02361493-2020-5-0-91-104.

9. Еременко В. А., Айнбиндер И. И., Марысюк В. П., Наговицин Ю. Н. Разработка инструкции по выбору типа и параметров крепи выработок рудников Талнаха на основе количественной оценки состояния массива // Горный журнал. — 2018. — № 12. — С. 101—106. DOI: 10.17580/gzh.2018.10.18.

10. Stacey T. R. A simple extension strain criterion for fracture of brittle rock // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 1981, vol. 18, pp. 469–474. DOI: 10.1016/0148-9062(81)90511-8.

11. Галченко Ю. П., Лейзер В. И., Высотин Н. Г., Якушева Е. Д. Обоснование методики лабораторных исследований вторичного поля напряжений при создании и применении конвергентной горной технологии подземной разработки каменной соли // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 11. — С. 35–47. DOI: 10.25018/02361493-2019-11-0-35-47.

12. Нгуен Ван Минь, Еременко В. А., Лейзер В. И., Сухорукова М. А., Шерматова С. С. Определение размеров зон растягивающих деформаций во вмещающем массиве подготовительных выработок // Инженерная физика. — 2020. — № 7. — С. 39–48. DOI: 10.25791/ infizik.07.2020.1148.

13. Hallbauer D. K., Wagner H., Cook N. G. W. Some observations concerning the microscopic and mechanical behaviour of quartzite specimens in stiff, triaxial compression tests // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. 1973, vol. 10, pp. 713–726. DOI: 10.1016/0148-9062(73)90015-6.

14. Aizhong Lu, Ning Zhang, Guisen Zeng An extension failure criterion for brittle rock // Deep Rock Behaviour in Engineering Environments. 2020, vol. 2020, pp. 1–12. DOI: 10.1155/ 2020/8891248.

15. Zhi-Ming Ye, Huan-Ran Yu, Wen-Juan Yao A new elasticity and finite element formulation for different Young’s modulus when tension and compression loadings // Journal of Shanghai University. 2001, vol. 5, pp. 89—92.

16. Cai M. Practical estimates of tensile strength and the Hoek-Brown strength parameter mi of brittle rocks // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2010, vol. 43, pp. 167–184. DOI: 10.1007/s00603-009-0053-1.

17. Graue R., Siegesmund S., Middendorf B. Quality assessment of replacement stones for the Cologne Cathedral: mineralogical and petrophysical requirements // Environmental Earth Sciences. 2011, vol. 63, pp. 1799–1822. DOI: 10.1007/s12665-011-1077-x.

18. Coviello A., Lagioia R., Nova R. On the measurement of the tensile strength of soft rocks // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2005, vol. 38, pp. 251–273. DOI: 10.1007/s00603-0050054-7.

19. Hoek E., Brown E. T. Practical estimates of rock mass strength // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 1997, vol. 34, pp. 1165–1186. DOI: 10.1016/S13651609(97)80069-X.