Розвиток наукових основ деформування та руйнування гірських порід при об’ємному нерівно-компонентному стисненні - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ наук УКРАЇНИ ІНСТИТУТ ФІЗИКИ ГІРНИЧИХ ПРОЦЕСІВ АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня доктора фізико-технічних наукДеформування та руйнування гірських порід, на відміну від інших твердих тіл, мають свої специфічні особливості, які повязані, перш за все, з дефектністю, неоднорідністю, гетерогенністю середовища та дією в гірничому масиві, особливо біля гірничих виробок, нерівно компонентного обємного поля стискаючих напружень. В останній час в практиці вирішення задач прогнозування та управління станом гірничого масиву відбуваються суттєві зміни щодо використання фізико-механічних характеристик гірських порід. визначити співвідношення між напруженим і деформаційним станами та їх вплив на механізм і характер руйнування гірських порід при тривісному нерівно-компонентному стисненні; оцінити вплив водного і газового насичення і неоднорідності структури гірських порід на їх деформування, міцність і енергоємність руйнування при обємному навантаженні; вперше отримано ряд коефіцієнтів крихкості руйнування гірських порід, які мають фізичний зміст і представляють собою співвідношення енергії руйнування до загальної енергії деформування, що надає можливість оцінити характер руйнування порід при обємному навантаженні;У першому розділі “Сучасний стан досліджень деформування і руйнування гірських порід в умовах обємного навантаження” проаналізовані результати досліджень, які отримані раніше і присвячені розробці наукових основ деформування та руйнування гірських порід і вугілля при обємному стисненні. Аналіз стану сучасних досліджень дозволяє зробити висновок, що закономірності деформування і руйнування гірських порід у нерівно-компонентному полі стискаючих напружень багато в чому залишаються невивченими. Невідповідність напруженого і деформаційного станів при деформуванні гірських порід (а також інших твердих тіл) при різних видах навантаження, на наш погляд, визначається не лише анізотропією, а, насамперед, - розходженням і конкуренцією двох процесів, які відбуваються в навантаженому зразку: плину (пластичної деформації) і зародження тріщин. При збільшенні гідростатичного тиску, спочатку існуючі тріщини в гірських породах закриваються (“заліковуються”), міжмолекулярна взаємодія підсилюється, однорідність поля напружень всередині зразка зростає, тому різко росте міцність, а деформаційний стан більше відповідає напруженому. У третьому розділі “Встановлення закономірностей деформування гірських порід за границею міцності” представлені результати експериментальних досліджень поводження гірських порід в умовах обємного нерівно-компонентного стиснення з урахуванням повної діаграми навантаження, що включає і заграничну область.Одним з ефективних способів попереднього зміцнення масиву тріщинуватих гірських порід є фізико-хімічний, заснований на примусовому нагнітанні в порушений тріщинами масив полімерних смол холодного твердження, що заповнюють тріщини і скріпляють окремі блоки порід у моноліт. Ефективність застосування сумішей для зміцнення гірських порід залежить від гірничо-геологічних і фізико-хімічних факторів. Після склейки зразок містився в ексикатор, де вологість навколишнього середовища дорівнювала 72% або 98%. Експериментальні дослідження фазового стану сумішей дозволили розробити спосіб визначення ступеня зміцнення малостійкої покрівлі гірничих виробок і одержати на нього авторське посвідчення. Спосіб визначення ступеня зміцнення малостійкої покрівлі гірничих виробок, що включає добір і дослідження проб породи зі сумішшю на основі карбамідно-формальдегідної смоли, який відрізняється тим, що, з метою підвищення точності визначення часу формування оптимальних властивостей зміцненої покрівлі для проведення гірничих робіт, пробу породи зі сумішшю подрібнюють, прописують спектр на установці ядерного магнітного резонансу (ЯМР), визначають інтенсивності вузької і широкої ліній спектра ЯМР і визначають ступінь зміцнення за співвідношенням: I1 - інтенсивність вузької лінії спектра ЯМР;Через зростання глибини розробки вугільних пластів виникла необхідність в оцінці її впливу на механічні властивості вугілля для глибин понад 800 м. В даній роботі представлені результати експериментальних досліджень механічних властивостей вугільних зразків в умовах обємного нерівно-компонентного стиснення, що моделює глибини залягання пластів від 800 м., до 3000 м. Випробувалися зразки вугілля із природною вологістю, при цьому вміст вологи у вугіллі пласта “Піщанка” складав 0,8-0,9%, а пласта “Андріївський” - 1,2-1,3%. Встановлена залежність відносно енергії формозміни до повної енергії деформування вугільних зразків від глибини їхнього залягання, де в районі 2000 м., спостерігається мінімум, тобто внесок енергії формозміни, затрачуваної на пластичну деформацію, у повну енергію деформування спочатку з ростом глибини від 800 м., до 2000 м., зменшувався, а потім від 2000 м., до 3000 м., став збільшуватися.

. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ