Способ определения напряженного состояния горного массива

(5 ЕНИ ЗО И АВТОРСКОМУ С ТЕЛЬ ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)(71) Уральскйй научно-исследовательский и . проектный институт медной промышленности "Унипромедь"(56) Д,М.Казикаев, Геомеханические процессы при совместной повторной разработке руд. - М Недра, 1981, с. 53.Сборник "Поля напряжений и деформаций в литосфере", - М,: Наука, 1979, с. 7-25. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНОГО МАССИВА Изобретение относится к гарной 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-В на фиг,2; на фиг.4 - схема определения направления осей главных напряжений,(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 о результате горного удара, Ось главного максимального напряжения располагают по нормали к плоскости залегания трещин отрыва. Ось главного минимальногонапряжения располагают в плоскости, перпендикулярной плоскости сдвига и ориентированной в направлении сдвиговых смещений под углом 90 О 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 па плоскости смесителя (па слоистости, нарушению, по контакту пород) оп ределяют местоположение зоны растяжения (фиг.2, 3). К зонам растяжения относят участки, характеризующиеся наличием большого количества аперяющих трещин отрыва (трещины, образовавшиеся в результате действия растягивающих напряжений, превышающих предел прочности породы, с неровными краями и.раскрытыми берегами). Оперяющие трещины отрыва возникают при подвижке крыльео относительно плоскости сдвига о зоне растяжения у контакта, вследствие. шероховатости соприкасающихся плоскостей и распространяются в массив на небольшое расстояниеот обнажения (фиг.З), 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 сЪах располагают перпендикулярно плоскости залегания-оперяющих трещин отрыва (фиг.2,4),Ось главного минимального напряжения паап располагаютв плоскости, перпегдикулярной плоскости сдвига и ориентированной в направлении сдвиговых смещений, под углом 90 о к оси главного максимального напряжения (фиг,2, 4),Ось главного промежуточного напряжеНИя Оср. раСПОЛаГавт ПО НОрМаЛИ К ПЛОСКОСтИ ДЕйСтВИЯ ГЛаВНОГО МаКСИМаЛЬНОГО ОпаХ и главного минимального сам напряжений (фиг.3, 4).О риентировку осей главн ых нормал ьных напряжений можно определить и по следующим формулам:оА Оегх =Атр.отр+90 =Абор.сколь. ,/3 Оптах - Втр.отр.-90.10А Овп =Абор.сколь.Р Ови Р тр.отрА Оср. =Атр.отр3ГДЕ А Ошах А Оап, А Оср. аэИМУТЫ ВЕКТОРОВ;ф Ъах,/3 Оып -УГОЛ НаКЛОНа ВЕКтсрОВАтр.отр - азимут простирания трещин отрыва;20 Абор,сколь аЗИМут ПрОСтИраНИя бОрсздскольжения,3 тр.отр - угол падения трещин отрыва.На участках, где произошли динамические явления, реалиэовавшемся путем по 25 движки по слоистости или по плОскОстиразрыва и где обнаружены трещины отрывав зонах растяжения, были определены направления главных напряжений сейсмическим методом (по данным сейсмостанции"Североуральск" ), Направления главных напряжений определенные по заявленномуспособу и сейсмическим методом совпадают. Данные определений представлены втаблице 1,П р и м е р. После динамического явления на шахте 14-14 бис бл.10 ю горм (ПО"Северуралбокситруда") произошла по-:движка по пластовой трещине с разрушениемстенок панельного штрека, ориентированного40 по простиранию залежи (фиг,1, 2, 3). В местегорного удара горным компасом замеряютэлементы залегания плоскости подвижки ивыносят их на план горных работ(фиг.1, 2)азимут простирания - 30 о;45 Угол падения - 30.Динамическое явление вызвано появлением опережающих трещин отрыва взападной части стенки штрекэ. Элементызалегания раскрытых трещин отрыва замеряют горным компасом и выносят на плангорных работ (фиг.2, 3):азимут простирания - 180,угол падения - 80.Для определения направления сдвиго 55 вых смещений горным компасом на плоскости сместителя в месте горного ударазамеряют элементы залегания бороздскольжения, штрихов,.треугольников вцкра-.шивания и наносят их на план горных работазимут простирания - 270;угол падения - 30,После нанесения трещины сдвига, следов сдвиговых смещений и трещин отрывана план горных работ и разрезы (фиг.1, 2, 3) 5строят графически оси главных максимальных напряжений, действующих на данномучастке шахтного поля (фиг.1),Ось главного максимального напряжения опах располагаютперпендикулярноплоскости залегания трещин отрыва (фиг.2, 4),Ось главного минимального напряжения отль располагают в плоскости, перпендикулярной плоскости сдвига и ориентированнойв направлении сдвиговых смещений, под 15оуглом 90 к оси главного максимального напряжения Одах (фиг,2, 4),Ось главного промежуточного напряжения оср, располагают по нормали к плоскости действия главного максимального олак и 20главного минимального сЪь напряжений(фиг.3, 4).Ориентировку осей главных напряжений определяют также по формулам;25А Ошах =Атр,отр+90 о=180 +90 о=-270Р Одах Ртр,отр.-90 =80 -90 о=-10А Ощи =Абор.сколь.= 270Р Йпв.=фтр.отр = 80Л Ссср. =Атр,отро30 Таким образом, главное максимальное напряжение саввах в бл,10 ю гор.-500 м ориентировано в широтном направлении субгоризонтальной плоскости; азимут простирания - 270 о, угол падения - 10 о, минимальное главное напряжение гЪь субвертикально: азимут простирания 270 о, 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 изобретенияСпособ 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 Рш,инбl Одод Составитель Н.ЕгоровРедактор Техред М.Моргентал Корректор Е,П каэ 1429 Тираж, Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 КНТ С