Геомеханический прогноз развития зон хрупкого разрушения в окрестности сопряжения горных выработок в перенапряженном породном массиве

Выполнен анализ результатов практических и теоретических исследований зависимостей формирования зон хрупкого разрушения пород в перенапряженном породном массиве. Уделено внимание аспектам математического моделирования этих процессов. Показано развитие геомеханических процессов, в результате которых формируется зона хрупкого разрушения, которая может быть описана с применением моделей деформирования среды, сформулированных в рамках теории пластического течения, где показатели прочностных характеристик являются функцией от достигнутой величины пластических деформаций формоизменения (закон упрочнения/разупрочнения среды). На основании математического моделирования выполнен прогноз зон хрупкого разрушения в окрестности сопряжений горных выработок различной конфигурации. Установлено влияние конфигурации сопряжения и формы горной выработки на размер зоны хрупкого разрушения. Полученные зависимости изменения размера зоны хрупкого разрушения от величин, действующих в породном массиве напряжений, и характеристик среды обобщены в виде аналитической зависимости. Полученные результаты исследований используются при выборе параметров крепей горных выработок, расположенных в перенапряженных монолитных, слабои среднетрещиноватых массивах.

Корчак П. А. Геомеханический прогноз развития зон хрупкого разрушения в окрестности сопряжения горных выработок в перенапряженном породном массиве // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2021. – № 5. – С. 85–98. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_5_0_85.

Корчак Павел Анатольевич — начальник Службы прогноза и предотвращения горных ударов, Кировский филиал АО «Апатит», e-mail: pkorchak@phosagro.ru.

1. Козырев А. А., Панин В. И., Федотов Ю. В. Проблемы безопасности при ведении горных работ в высоконапряженных породных массивах // Записки горного института. — 2012. — т. 198. — С. 150—156.

2. Козырев А. А. Савченко С. С. Об управлении напряженно-деформированным состоянием массива горных пород при проходке горных выработок в удароопасных условиях // Вестник Мурманского государственного технического университета. — 2014. — т. 17. — С. 221—224.

3. Абрамов Н. Н., Епимахов Ю. А. Особенности проходки большепролетной выработки в условиях сложного напряженно-деформированного состояния скального массива // Горная промышленность. — 2013. — № 3 (109). — С. 90—95.

4. Боликов В. Е., Поль В. Г. Обеспечение устойчивости горных выработок в удароопасных условиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2003. — № 5. — С. 121—122.

5. Kaiser P. K., McCreath D. R., Tannant D. D. Canadian rockburst support handbook. Geomechanics Research Centre and CAMIRO, 1995.

6. Martin C. D., Read R. S., Martino J. B. Observations of brittle failure around a circular test tunnel // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 1997, vol. 34, no. 7, pp. 1065—1073.

7. Diederichs M. S., Kaiser P. K., Eberhardt E. Damage initiation and propagation in hard rock during tunnelling and the influence of near-face stress rotation // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2004, vol. 41, no. 5, pp. 785—812.

8. Lee S. M., Park B. S., Lee S. W. Analysis of rockbursts that have occurred in a waterway tunnel in Korea // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2004, vol. 41, no. 3, pp. 545.

9. Diederichs M. S. Mechanistic interpretation and practical application of damage and spalling prediction criterion for deep tunneling // Canadian Geotechnical Journal. 2007, vol. 44, pp. 1082—1116.

10. Matrin C. D., Kaiser P. K. Hoek-Brown parameters for predicting the depth of brittle failure around tunnels // Canadian Geotechnical Journal. 1999, vol. 36, pp. 136—151.

11. Korchak P. A. Investigation of regularities of brittle fracture formation around mine workings in overstressed rocks at the mines of Kirovsk branch of JSC «Apatit» // E3S Web of Conferences. 2018, vol. 56, article 02023.

12. Renami H. R., Martin C. D. Cohesion degradation and friction mobilization in brittle failure of rocks // International Journal of Rock Mechanics and Mining Science. 2018, vol. 106, pp. 1—13.

13. Lajtai E. Z., Dzik E. Searching for the damage threshold in intact rock / Proceeding of Rock Mechanics — NARMS. 1996, vol. 1, pp. 701—708.

14. Hajiabdolmajid V., Kaiser P. K., Martin C. D. Modelling brittle failure of rock // International Journal of Rock Mechanics and Mining Science. 2002, vol. 39, pp. 731–741.

15. Munjiza A., Andrews K. R. F, White J. K. Combined single and smeared crack model in combined finite-discrete element analysis // International Journal for Numerical Methods in Engineering. 1999, vol. 44, no. 1, pp. 41—57.

16. Mahabadi O. K., Cottrell B. E., Grasselli G. An example of realistic modelling of rock dynamics problems: FEM/DEM simulation of dynamic Brazilian test on Barregranite // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2010, vol. 43, no. 6, pp. 707—716.

17. Protosenia A. G., Karasev M. A., Verbilo P. E. Research of the mechanical characteristics’ anisotropy of apatite-nepheline ores block rock mass // International Journal of Mechanical Engineering and Technology. 2018, vol. 9, no. 11, pp. 1962—1972.

18. Lisjak A., Grasselli G., Vietor T. Continuume discontinuum analysis of failure mechanisms around unsupported circular excavations in anisotropic clay shales // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2014, vol. 65, pp. 96—115.

19. 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. 2016, vol. 9, no. 2, pp. 1—16.

20. Protosenia A. G., Karasev M. A., Ochkurov V. I. Introduction of the method of finitediscrete elements into the Abaqus/Explicit software complex for modeling deformation and fracture of rocks // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017, vol. 6/7, no. 90, pp. 11—18.

21. Vazaios I., Diederichs M. S., Vlachopoulos N. Assessment of strain bursting in deep tunnelling by using the finite-discrete element method // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2019, vol. 11, no. 1, pp. 12—37.

22. Корчак П. А. Геомеханический прогноз развития зон хрупкого разрушения в окрестности породных обнажений различной конфигурации / Научные основы безопасности горных работ. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. — М.: ИПКОН РАН, 2018. — С. 150—156.