Введение к работе
' Актуальность работы. Дальнейшее увеличение добычи полезных ископаемых связано с разработкой месторождений на больших глубинах и в сложных горно-геологических условиях. С переходом горных работ на большие глубины- геомеханические процессы".-в массивах пород претерпевают, качественные и количественные изменения. Горные породи, залегающие глубоко в недрах Землі, выдерживают, полностью или частично вес налегающей толщи пород, а также горизонтальные, чаще всего - сжимающие напряжения. .- ,
Ведение- горных работ изменяет естественное поле напряжений, что в некоторых случаях приводит к разрушению горних пород, протекающему катастрофически в виде горных ударов, выбросов уг~ . и газа. Необходимость'прогнозировать эти динамические явления, предупреждать "и исключать их вредные последствия стала вакнейиеи экономической и социальной задачей народного хозяйства и потребовала серьезного внимания к научной стороне проблемы.
Первостепенными в плане их прогноза являются исследования условий-деформирования горных пород, приводящих к хрупкому или вязкому типу разрушения. Знание закономерностей подготовки того или иного типа разрушения открывает возможность прогноза на основе мониторинга состояния контролируемого объекта. Сложность таких исследований в массиве горных пород из-за неопределенности места її времени проявления разрушения не позволяет организовать детальные-наблюдения и получить статистически значимый материал (данные)'.., .' ..'.' '
В связи с -этим, экспериментальное лабораторное изучение процесса разрушения горных пород в условиях, адекватных реальным, существующим' в - массиве при ведении горных, работ является чрезвычайно важной и актуальной задачей.
Поэтому данная'работа посвящена исследованию закономерностей деформирования и разрушения горних пород в условиях объемно-напряженного состояния, и выявлению особенностей, определяющих тот или иной тип разрушения.
Работа выполнена в соответствии о - планом научных исследований . ИФиМГП АН Кыргызской Республики по теме: "Разработать и внедрить в практику народного .хозяйства методы оценки-'опасности и комплекс мероприятий для уменьшения ущерба от землетрясений, цунами и вулканических извержений"
(Гос.раг.01870004739. Утв.пост. ГКНТ'СССР'10.11.85г. 573/137.)'.
Поль работы - установить закономерности процаиса .подготовки.' и развития разрушения в образцах горнах пород. .при -трехорном сжатии для ' разработки, методических основ, прогноза' . типа разрушения.
Идея работы заключается в. использовании' экрперш(юнтально установленных закономерностей. акустической, .эмиссии. (A3).,/..для прогноза характера готовящегося разрушенияУоршх' no$«V
Задачи исследований: ...
!..' Разработать и создать- ' установку для \исс.шдивания
деформирования и'разрушения образцов горных пород.',при .трехосном
сжатии, в условиях высоких, давлений. '--:,.
, 2. Развить методику регистрации акустической эмяссш и деформационных,'характеристик.процедса деформирования и разрушений образцов, горних jiopotf- при' трехосном нагрукении. '.
3. Йсслвдо(вать закономерности деформирования и выделения упругой энергий в'ьиде;АЭ'прй нргруиашш'. образцов горных, пород в различных.напряженных Состояниях.- -' . -', '." . :
-4..'Определить прогностические признаки подготовки.хрупкого и вязкого, типа; разрушения. ;
Методы '.исследований'-- Для, достижения-".. .поставленной цели примешен кошлекслсовремеїішх методов 'исследования, включающий обобщешеїганализ'литературных' данных,по'подготовке хрупкого' и вязкого разрушения горных'-' пород .лабораторное изучение процессов-деформіпзования и : разрушения .'в-условиях, -моделирующих реально' существующие в массивах - горных пород, .с привлечением; методов,-деформометрш и дефектометргаг,- статистическая обработка,.1 -анализ, іг научное обобщение результатов'исследований.
Основные научные.положения; выдвигаемые- на защиту:
I. Экспериментально- полученные' звкономердаоти деформирования и разрушения- в/.условиях: слрхяо-напршенного состояния.. При увеличении 'компонент напряжений - а2=а3 " (бокового давления) и переходе'от хрупкого типа разрушения к вязкому:. -.' .'.'-.''.
'—-зависимость, суммарного.' акустического энарговыделения от бокового давления неоднородна и имеет локальный максимум;
. ' - коэффициент вариации амплитуд акустических ; сигналов,.(АС) снижается;',;' - '' " v.- '.'"-.-'.''. -.. '' '- . '-"- '
-.кумулятивная кривая накопления-АС изменяет- свою кривизну и переходит- от" ускоряющегося "нарастания ,(кривая .вогнутая) к
.4-
замедляющемуся-' нарастанию (кривая выпуклая);
. . - энергетические спектри ЛС '(графики.', "повторяемости) изменяются в соответствии с закономерностью изменения суммарного' акустического энерговыдолэния. ,'
2. Экспериментально установленная.и физически., обоснованная область перехода.'. от хрупкого типа / разрушения' к вязкому, при повышении уровня 'бокового давления. Границей хрупко-вязкого перехода является', максимум на 'зависимости .суммарного
акустического,энерговыдвлвния от величины бокового давления. '.
''--" .; Достоверность научных положений и, выводов диссертационной 'работы'. обеспечена комплексностью/ прозедвшшх''' исследований физико-механических свойств горных пород, широким, диапозоном. условий эксперимента, большим ,объемом испытаний на различных типах пород (свыше 300 образцов" мрзмрра'и песчаника), разработкой специальной исследовательской аппаратуры, повышающей . надежность. результатов исследований определяемых.- физических '. параметров,, тщательностью отработки.' методик, эксперимента.' " Подтверждена достоверность.' положительными -результатами . статистической проверки, проведенной с помощью-ЭВМ. ; . "
'. -. Научная- Новизна работы заключается в следующем; ,
г- установлен общий вид зависимости суммарного акустического
энерговыделёния от; бокового давления, при трехосном сжатии горны:.
пород, експериментально- изучен и объяснен механизм влияния
бонового'давления на баланс акустической энергетики; _,-
' .-'усїоновлена область перехода от хрупкого.типа 'разрушения .к
.вязкому при повышении уровня бокового, давления, определяемый по
.максимуму,из. зависимости суммарного акустического энерговвдэлэния
.от величины бокового давления. . "- -.,'.
- установлены закономерности- изменения параметров'". АЭ,
которые предложено использовать для прогноза хрупкого, и вязкого,
типов разрушения.. .:'.''' :_' . -.; ''.'' '/'': ' '
-'..Личный вклад автора состоит в разработке и создании, испытательного стенда, позволяющего' ігроводить комплексное исследование. фиЗико-мехаїгическйх.свойств горных, пород в условиях,, адекватных глубинному, з'алеґанию, развитии и усовершенствовании, методики . испытаний . на трехосное сзкатио, разработке ; методики регистрации A3 и-, деформащютшх параметров, 'разработке пакета прикладных .программ для , математической обработки получаемой информации . на, ЭВМ, . установлении"'обцой зависимости суммарной
. ft
акустической энергии от бокового давлений, шо^гу^ев-и гран/вдл хрупко-вязкого перехода в характврэ разру&еяад,, тщеилнла ряда
аКуСТНЧвСКИХ Критериев, ИМвЩИХ ПрОГНОеТЯЧбйКУ» ЗИй.Ч'Кйбе'РЬ при
определении типа готовящегося разрушения, ' Практическая значимость работы. і., Экспериментально полученные невдс за&ано/чйркэстй могут служать методологической базой для осфьзетздэкк.^ прогноза хрупкого- или вязкого типа разрушения, а такиэ прочностных, деформационных и дилатаншюнннх свойств пород в широком диапозовд изменения внешних условий для выбора путей и методов воздействия на " породу о целью приведения ее в требуемое механическое состояние.
-
Установленная зависимость максимально возможной анергии акустического сигнала от параметров графика повторяемости - дает возможность расчетным путем оценить энергетичность готовящегося разрушения и прогнозировать динамичность эго протекания
-
Разработанное уникальное экспериментальное- оборудование позволяет проводить комплексное исследование физико-мэхашческих спойств ropf-шх. пород (прочностных, дефармационшх, изменение объема, развитие троощноватости, склонность к хрупкому разрушения, баланс энергии разрушения и др.) до предела и за проделом ігрочіюсти при широкой вариации видов напряженного состояния, путей нагрукония, скоростей деформацій!.
Реализация работы. Разработанная методика исследования влияния боковога давления на физико-механические свойства горных пород использована в Государственных стандартах: ГОСТ - 2ІІБЗ.Б-83 "Порода горные. Метод определения предела прочности при срезе со сжатием." и ГОСТ 2ІІ53.8-88 "Породы горные. "<зтод определения предела прочности при объемном окатий." Разработанные методические основы прогноза типа разрушения использоваш при ведении сьйсмоакусгичоского контроля на руднике Ш-2 Янгнабадского ППО "Восток".
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на Всесоюзном симпозиуме "Современная техника и методы экспериментальной минералогии" (Черноголовка, 1983), научно-техническом семинаре по горной геофизике.(Батумі, 1985), II Всесоюзной школе-семинаре "Физические основы прогнозирования разрушения горных пород" (Фрунзе, І98Б), VII Всесоюзном совещании "Физические свойства
горных пород при высоких давлениях и температурах" {Ереван,
1985), Всесоюзной конференции "Горная геофизика" (Тбилиси, 1987),
Всесоюзной школе-семинаре "Физические основы прогнозирования
разрушения горных пород" (Иркутск, 1988), V Всесоюзном семинара
"Горная геофизика" (Тбилиси, 1989), IV Международном симпозиуме
"Избранные проблемы геомеханики.. и. горного строительства.' на
больших глубинах" (Польша, г.Гливице, 1990).
".'"' Публикации. : - . .
По,теме, диссертации опубликовано 18 печатных работ.
В 'основу диссертации положены экспериментальные, и теоретические исследования, выполненные лично автором. '
. Объем работы. Диссертационная работа сострит из введения,' 4 глав, заключения, списка использованных литературных источников из 237 наименования и приложения. Обяиїй объём работы - »65 страниц ;"в том числа: 2 таблицы, 37 рисунков, 126 страниц машинописного текста. :