Способ определения напряженного состояния горного массива

 

Использование: при проходке шахт, туннелей , разработке рациональных схем подземной добычи полезных ископаемых, строительстве крупных гидротехнических сооружений. Сущность изобретения: определение главных осей напряжений производят по элементам залегания трещин отрыва, сдвига и сдвиговых смещений, образовавшихся в результате горного удара. Ось главного максимального напряжения располагают по нормали к плоскости залегания трещин отрыва. Ось главного минимального напряжения располагает в плоскости, перпендикулярной плоскости сдвига и ориентированной в направлении сдвиговых смещений под углом 90° к оси главного максимального напряжения . 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Е 21 С 39/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ flATEHTHOE

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4929849/03 (22) 22.04.91 (46) 23.04.93. Бюл. N 15 (71) Уральскйй научно-исследовательский и проектный институт медной промышленности "Унипромедь" (72) Н.И.Ермаков, К.Е.Мельчаев, О.А.Синцов, Ю.С.Павлов, P.S,Мухаметов и

Б.А.Вольхин (56) Д.М.Казикаев. Геомеханические процессы при совместной повторной разработке руд. — М„ Недра, 1981,.с. 53.

Сборник "Поля напряжений и деформаций в литосфере". — M,: Наука, 1979, с. 7-25. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНОГО МАССИВА

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при проходке шахт, туннелей, разработке рациональных схем подземной добычи полезных ископаемых, строительстве крупных гидротехнических сооружений.

Цель изобретения — повышение достоверности определения главных осей напряжений в горном массиве, подверженному технологическому воздействию очистной выемки путем их определения о выработке, разрушенной в результате горного удара.

На фиг.1 изображен план горных работ, где произошло динамическое явление с разрушением горных пород (разрушенная порода не показана); на фиг,2 — разрез по А-А на фиг.1: на фиг.3 — разрез В-B на фиг,2; на фиг.4 — схема определения направления осей главных напряжений., 5Ы, 1810540 Al (57) Использование: при и роходке шахт, туннелей, разработке рациональных схем подземной добычи полезных ископаемых, строительстве крупных гидротехнических сооружений. Сущность изобретения: определение главных осей напряжений производят по элементам залегания трещин отрыва, сдвига и сдвиговых смещений, образовавшихся в результате горногоудара, Ось главного максимального напряжения располагают по нормали к плоскости залегания трещин отрыва. Ось главного минимального напряжения располагают в плоскости, перпендикулярной плоскости сдвига и ориентированной в направлении сдвиговых смещений под углом 90 к оси главного максимального напряжения. 4 ил.

Способ осуществляется следующим образом. На участке горной выработки, где . произошло динамическое явление (фиг.1) с разрушением горных пород, реализовавшиеся путем подвижки по плоскости смесителя (по слоистости, нарушению, по контакту поеЪ род) onределяют местоположение зоны рас- С тяжения (фиг.2, 3). К зонам растяжения (Л относят участки, характеризующиеся нали- ф чием большого количества оперяющих тре- () щин отрыва (трещины, образовавшиеся в результате действия растягивающих напряжений, превышающих предел прочности породы. с неровными краями и.раскрытыми

° и берегами). Оперяющие трещины отрыва возникают при подвижке крыльев относительно плоскости сдвига в зоне растяжения у контакта, вследствие. шероховатости соприкасающихся плоскостей и распространяются в массив на небольшое расстояние

1810540 от обнажения (фиг.3), У наиболее характерных и доступных трещин отрыва (трещины наиболее приближенные к краевой части массива) определяют элементы залегания (угол падения и азимут и ростирания),и наносят их на план горных работ, Определение элементов залегания производят по известным методикам (например, с помощью горного компаса). Затем по тем же методикам определяют азимут простирания сдвиговых смещений (борозды скольжения, следы подвижек со свежими треугольниками выкрашивания) и наносят их на план горныМ работ (фиг. 1, 3). Следы сдвиговых смещений располагаются на плоскости смесителя в месте горного удара.

Многолетники наблюдениями эа характером разрушения горных пород при динамических явлениях, реализовавшихся путем подвижек по плоскости разрыва (по наручению, по слоистости, по контакту пород), проведенными на шахтах ПО "Севуралбокситруда" установлено, что ориентация оперяющих трещин отрыва относительно разрывного нарушения, образовавшегося в выработке, разрушенной в результате горного удара, отличается от ориентации оперяющих трещин отрыва относительно разрывного нарушения, образовавшегося в ненарушенном массиве горных пород и в последствии вскрытом горной выработкой. Зародившиеся оперяющие трещины отрыва при разрывном нарушении, образовавшемся в выработке, разрушенной в результате горного удара, жестко связаны с простиранием плоскости разрыва и направлены поперек сдвиговых смещений по нормали к главному максимальному сжимающему напряжению (табл.1).

После производства замеров элементов залегания трещин сдвига, следов сдвиговых смещений и трещин отрыва и вынесения их на план горных работ, строят оси главных напряжений, действующих на данном участке месторождения, графическим методом.

Ось главного максимального напряжеНИЯ (7max РаСПОЛаГаЮт ПЕРПЕНДИКУЛЯРНО плоскости залегания-оперяющих трещин отрыва (фиг.2,4), Ось главного минимального напряжения cumin располагаютв плоскости, перпе гдикулярной плоскости сдвига и ориентированной в направлении сдвиговых смещений, под углом 90о к оси главного максимального напряжения (фиг,2, 4).

Ось главного промежуточного напря>кеНИя Г7ср. раСПОЛаГавт ПО НОрМаЛИ К ПЛОСКОсти действия главного максимального п„,х

И ГЛаВНОГО МИНИМаЛЬНОГО С7л;, НаПРЯжЕНИй (фиг.3, 4).

Ориентировку осей главных нормальных напряжений можно определить и по следующим формулам: о

A max =Атр.отр+90 =Абор.сколь., P 0max - Prp.oTp.-90 .

А dmin =Абор.сколь.

P Omin ф тр.отр °

A сгср. =Атр.отр

I где A amax A Отти ° А Оср. — азимуты вектоPoB„

P 0max,P оЫо -угол наклона векторов

Атр.отр — азимут простирания трещин отрыва;

Абор.сколь — азимут простирания борозд скольжения, Prp.отр — угол падения трещин отрыва.

На участках, где произошли динамические явления, реалиэовавшемся путем по25 движки по слоистости или по плоскости разрыва и где обнаружены трещины отрыва в зонах растяжения, были определены направления главных напряжений сейсмическим методом (по данным сейсмостанции

"Североуральск" ), Направления главных напряжений определенные по заявленному способу и сейсмическим методом совпадают. Данные определений представлены в таблице 1.

Пример. После динамического явления на шахте 14-14 бис бл.10ю гор-500 м (ПО

"Северуралбокситруда") произошла по-: движка по пластовой трещине с разрушением стенок панельного штрека, ориентированного

40 по простиранию залежи(фиг.1, 2,3). В месте горного удара горным компасом замеряют элементы залегания плоскости подвижки и выносят их на план горных работ(фиг.1, 2} азимут простирания — 30о;

45 угол падения — 30 .

Динамическое явление вызвано появлением опережающих трещин отрыва в западной части стенки штрека. Элементы р залегания раскрытых трещин отрыва замеряют горным компасом и выносят на план горных работ (фиг.2, 3): азимут простирания — 180, угол падения — 80 .

Для определения направления сдвиго55 вых смещений горным компасом на плоскости сместителя в месте горного удара замеряют элементы залегания борозд скольжения, штрихов,.треугольников выкра-. шивания и наносят их на план горных работ (фиг.3):

1810540 азимут простирания — 270 ; угол падения — 30о.

После нанесения трещины сдвига, следов сдвиговых смещений и трещин отрыва на план горных работ и разрезы (фиг.1, 2, 3) 5 строят графически оси главных максимальных напряжений, действующих на данном участке шахтного поля (фиг.1), Ось главного максимального напряжения climax располэгаютперпендикулярнопло- 10 скости залегания трещин отрыва (фиг.2, 4).

Ось главного минимального напряжеНИЯ Omln РаСПОЛаГаЮт В ПЛОСКОСТИ, ПЕРПЕНДИкулярной плоскости сдвига и ориентированной в направлении сдвиговых смещений, под 15 о углом 90 к оси главного максимального на пряжениЯ Оп ах (фиг2, 4).

Ось главного промежуточного напряжения оср. располагают по нормали к плоскости действия главного максимального omax u

ГЛаВНОГО МИНИМаЛЬНОГО Omln НаПРЯжЕНИй (фиг.3, 4).

Ориентировку осей главных напряжений определяют также по формулам;

А (7щах =Атр,отр+90 =180 +90 =-270

P Одах - Prp,отр.-90 =80 -90 =-10

A Оmln =AGop. x.a..= 270

P Dmin.= ô òð. отр = 80

Л Оср. =Атр.отр- 180 о

Таким образом, главное максимальное напряжение cr»x ll Gn.10þ гор.-500 м ориентировано в широтном направлении субгоризонтальной плоскости: азимут простирания — 270о, угол падения — 10о, минимальное главное напряжение oÚl субвертикально: азимут простирания 270, угол падения — 80", промежуточное главное напряжение асср. в меридиональном направлении и горизонтальной плоскости: азимут простирания —. 180, угол падения 0 .

Применение данного способа позволит определить направление главных осей напряжений в горном массиве, подверженном технологическому влиянию очистной выемки, путем их определения в выработке, разрушенной в результате горного удара.

Формула изобретения

Способ определения напряженного состояния горного массива, включающий определение. главный осей напряжений по элементам залегания трещин отрыва, сдвига и сдвиговых смещений, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения достоверности, элементы залегания трещин отрыва, сдвига и сдвиговых смещений определяют в выработке, разрушенной в результате горного удара, при этом ось главного максимал ьного напряжения располагают по нормали к плоскости залегания трещин отрыва, а ось главного минимального напряжения располагают в плоскости. перпендикулярной плоскости сдвига и ориентированной в направлении сдвиговых смещений, под углом 90 к оси главного максимал ьно го нап ряжения.

1810540

1810540 алм, о6раекЯ

ЖУЯ /ОВЮЮ ЖЮ« и ури жту р г млрадлрРюо/юх сж- ррщины ащруДд

Составитель H. Егоров

I Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Е,Папп

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 1429 Тираж, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5