Способ определения напряженного состояния горного массива Советский патент 1993 года по МПК E21C39/00 

ел

с

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.

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 раб.от, где произошло динамическое явление с разрушением горных пород (разрушенная порода не показана); на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1; на фиг.З - разрез В-В на фиг.2; на фиг.4 - схема определения направления осей главных напряжений.

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 пород) определяют местоположение зоны растяжения (фиг.2, 3). К зонам растяжения относят участки, характеризующиеся наличием большого количества оперяющих трещин отрыва (трещины, образовавшиеся в результате действия растягивающих напряжений, превышающих предел прочности1 породы, с неровными краями и.раскрытыми 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

0°

Q СЛ

4V

О

от обнажения (фиг.З). У наиболее характерных и доступных трещин отрыва (трещины наиболее приближенные к краевой части массива) определяют элементы залегания (угол падения и азимут простираниями 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 выкра- шивания) и наносят их на план горный работ (фиг. 1,3). Следы сдвиговых смещений располагаются на плоскости смесителя в месте горного удара.

Многолетники наблюдениями за характером разрушения горных пород при динамических явлениях, реализовавшихся путем подвижек по плоскости разрыва (по нарушению, 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 CTmax располагают перпендикулярно плоскости залегания оперяющих трещин отрыва (фиг.2,4).;

Ось главного минимального напряжения Omin располагают в плоскости, перпендикулярной плоскости сдвига и ориентированной в направлении сдвиговых смещений, под углом 90 к оси главного максимального напряжения (фиг.2, 4).

Ось главного промежуточного напряжения Оср. располагают по нормали к плоскости действия главного максимального оЬах

и главного минимального напряжений (фиг.З, 4).

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

A (7mgx - Атр.отр+90 -Абор.сколь, j

ft Omax Др.отр.-90°;

A Omin Абор.сколь.

ft Omin р тр.отр i. А Оср. Атр.отр

где A Omax . A Omin . А ОЬр. - азимуты векто15

ров;

ft Omax ,ft Omin -угол наклона векторов

Атр.отр - азимут простирания трещин отрыва;

Абор.сколь - азимут простирания борозд скольжения;. /Зтр.отр - угол падения трещин отрыва. На участках, где произошли динамические явления, реализовавшемся путем подвижки 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.10югор-500м (ПО Северуралбокситруда) произошла подвижка по пластовой трещине с разрушением стенок панельного штрека, ориентированного

по простиранию залежи (фйг.1, 2,3). Вместе горного удара горным компасом замеряют элементы залегания плоскости подвижки и выносят их на план горных работ (фиг. 1,2) азимут простирания - 30°;

угол падения - 30°.

Динамическое явление вызвано появлением опережающих трещин отрыва & западной части стенки штрека. Элементы л залегания раскрытых трещин отрыва замеряют горным компасом и выносят на план горных работ (фиг.2, 3):

азим ут простирания - 180°;

угол падения - 80°.

Для определения направления сдвиговых 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.З):

азимут простирания - 270°;

угол падения - 30°.

После нанесения трещины сдвига, следов сдвиговых смещений и трещин отрыва на план горных работ и разрезы (фиг.1, 2, 3) строят графически оси главных максимальных напряжений, действующих на данном участке шахтного поля (фиг.1).

Ось главного максимального напряжения Отах располагают перпендикулярно плоскости залегания трещин отрыва (фиг.2, 4).

Ось главного минимального напряжения fmin располагают в плоскости, перпендикулярной плоскости сдвига и ориентированной в направлении сдвиговых смещений, под углом 90° к оси главного максимального напряжения Отах (фиг.2, 4).

Ось главного промежуточного напряжения 0ср. располагают по нормали к плоскости действия главного максимального Отах И главного минимального Ohiin напряжений (фиг.З, 4).

Ориентировку осей главных напряжений определяют также по формулам; ;

А 0-тах Атр.отр+900 1800+90°Н270° . . р ОЬюс - /Wp.-90° 80°-90° -10° A crmin Абор.сколь. 270 . / 0-т1г -/ тр.отР 80° А оьр. Атр.отР 180°

Таким образом, главное максимальное напряжение сгтах в бл.ю ю гор.-500 м ориентировано в широтном направле- ос

0

5

0

5

0

с

нии субгоризонталыюй плоскости: азимут простирания - 270°, угол падения - 10°, минимальное главное напряжение fTmin субвертикально: азимут простирания 270°, угол падения - 80°, промежуточное главное напряжение 7Ср. 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 й- с 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 максимального 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

максимального напряжения.

/Хляс/сес/яб залегяяия трещим/ ofrpb/fa

Фцг.4