Обоснование исходных параметров для моделирования геомеханических процессов в задачах оценки безопасности поддержания горных выработок

Abstract

Для решения задач обеспечения устойчивости и безопасности поддержания горных выработок рассмотрены особенности задания в геомеханических моделях физикомеханических свойств обводненных и газонасыщенных горных пород. На базе анализа и обобщения закономерностей изменения физико-механических свойств пород под воздействием нагружения, обводнения и газонасыщения как основных факторов их разрушения установлено, что водонасыщение образцов пород приводит к полной потере сопротивления сжатию у 4 % известняков, 13 % песчаников, 62 % алевролитов, 89 % аргиллитов, при этом средние пределы сопротивления сжатию снижаются для алевролитов и аргиллитов в 2,5-2,6 раз, для песчаников и известняков в 1,5 раза. Получены зависимости прочности горных пород на одноосное сжатие от глубины с учетом остаточной прочности разрушенных пород, при этом прочность водонасыщенных пород меньше, а коэффициент вариации больше, чем в естественном состоянии. Доказано, что при водонасыщении породы имеют больший разброс значений коэффициентов вариации, чем в сухом состоянии. Так для водонасыщенных песчаников и известняков этот показатель больше на 13,6-15,4 %, а для глинистых аргиллитов и алевролитов на 26,8-26,9 %, то есть прослеживается рост разброса прочности пород в результате водонасыщения на 44-58 %. Это позволило формализовать граничные условия для вычислительных экспериментов на уровне критических (минимально возможных) или усредненных параметров с учетом остаточной прочности пород.

Для вирішення задач забезпечення стійкості і безпеки підтримання гірничих виробок розглянуті особливості завдання в геомеханічних моделях фізико-механічних властивостей обводнених і газонасичених гірських порід. На базі аналізу та узагальнення закономірностей зміни фізико-механічних властивостей порід під впливом навантаження, обводнення і газонасичення як основних чинників їх руйнування встановлено, що водонасичення зразків порід призводить до повної втрати опору стисненню у 4 % вапняків, 13 % пісковиків, 62 % алевролітів, 89 % аргілітів, при цьому середні межі опору стисненню знижуються для алевролітів і аргілітів в 2,5-2,6 разів, для пісковиків і вапняків у 1,5 рази. Отримано залежності міцності гірських порід на одноосьовий стиск від глибини з урахуванням залишкової міцності зруйнованих порід, при цьому міцність водонасичених порід менше, а коефіцієнт варіації більше, ніж у природному стані. Доведено, що при водонасиченні породи мають більший розкид значень коефіцієнтів варіації, ніж в сухому стані. Так для водонасичених пісковиків і вапняків цей показник більше на 13,6-15,4%, а для глинистих аргілітів і алевролітів на 26,8-26,9%, тобто простежується зростання розкиду міцності порід в результаті водонасичення на 44-58%. Це дозволило формалізувати граничні умови для обчислювальних експериментів на рівні критичних (мінімально можливих) або усереднених параметрів з урахуванням залишкової міцності порід.

To meet the challenges of sustainability and safety of mine workings maintain describes the features the definition of a geomechanical models of physical and mechanical properties flooded and gas saturated rocks. On the basis of analysis and generalization of regularities of change in the physical and mechanical properties of rocks under the influence of loading, water saturation and gas saturation as a major factors of their destruction found that the water saturation of rock samples leads to a complete loss of compression resistance in 4 % of limestones, in 13 % of sandstones, in 62 % of siltstones, in 89 % of mudstones, while the average compressive strength limits are reduced in siltstones and mudstones in 2.5-2.6 times, sandstones and limestones in 1.5 times. The dependence of uniaxial compression rock strength from of depth with regard of the residual strength of destroyed rocks with water saturated rock strength is less and the coefficient of variation is greater than in the natural state. So much for the water saturated sandstones and limestones this indicator more on 13,6-15,4 % and clayey mudstones and siltstones more on 26,8-26,9 %, ie there is an increase of rock strength dispersion due to water saturation at 44-58 %. This made it possible to formalize the boundary conditions for computational experiments on critical level (the lowest possible) or averaged parameters taking into account of rocks residual strength.