Вестник МГТУ. 2019, Т. 22, № 1.

Козырев А. А. и др. Оценка степени удароопасности скальных горных пород. УДК 622.02 А. А. Козырев, Э. В. Каспарьян, Ю. В. Федотова, Н. Н. Кузнецов Оценка степени удароопасности скальных горных пород на основе результатов лабораторных испытаний Актуальность проблемы определения степени удароопасности скальных горных пород обусловлена тем, что при разработке месторождений полезных ископаемых в скальных массивах происходят разрушения выработок в динамической форме. Основой обеспечения безопасности ведения горных работ являются знания о способности различных типов горных пород к хрупкому разрушению. В настоящее время разработаны экспериментальные методы установления деформационно-прочностных характеристик пород при различных режимах нагружения. Однако общий недостаток применяемых подходов заключается в том, что в них в явном виде не учтено главное условие возможности разрушения пород в динамической форме - способность массива пород накапливать энергию во время его нагружения. Целью проводимых исследований являлось изучение характера накопления упругой энергии в процессе нагружения и деформирования образцов различных пород в режиме одноосного сжатия для оценки степени их удароопасности. Оригинальность подхода заключалась в анализе вида кривой допредельного деформирования пород, которая может быть получена на любом стандартном оборудовании, т. е. без привлечения специализированных испытательных ("жестких") установок. По результатам проведенных исследований с использованием стандартных прессов были выявлены два режима деформирования для испытанных типов пород, что позволило сформулировать критерии отнесения пород к различным категориям по степени их склонности к разрушениям в динамической форме. Такой подход имеет практическую ценность, поскольку позволяет детализировать методику геомеханического районирования массива месторождений и более дифференцированно оценивать степень удароопасности конкретных участков разрабатываемых месторождений. Ключевые слова: геомеханика, скальные горные породы, лабораторные испытания, одноосное сжатие, удароопасность, деформирование, упругая энергия, стандартные прессы Информация о статье: поступила вредакцию 27.12.2018; получена после доработки 15.02.2019 Введение Процессы разрушений материалов всегда были в центре внимания исследователей, но при этом большая часть выполненных работ была посвящена в основном определению параметров, при которых происходит разрушение, т. е. предельных значений напряжений (пределов прочности) или деформаций. Классические теории прочности [наибольших нормальных напряжений (Галилей, 1638 г.), наибольших линейных деформаций (Э. Мариотт, 1682 г.), наибольших касательных напряжений (Ш. Кулон, 1773 г.)] позволяли прогнозировать разрушение материалов и тем самым оценивать устойчивость и долговечность конструкций из используемых материалов. Позднее были предложены теории прочности, в которых совместно рассматривались напряжения и деформации, т. е. изучались комплексные критерии: потенциальная энергия или численно ей равная удельная работа деформаций. В энергетической теории Губера - Мизеса (1904-1925 гг.) учитывалась не вся потенциальная энергия деформирования, а только та ее часть, которая способствовала изменению формы элементарных объемов материала. Советскими учеными Н. Н. Давиденковым и Я. Б. Фридманом была разработана объединенная теория прочности (1946 г.), обобщающая современные воззрения на природу прочности твердых тел в их хрупком или пластичном состоянии [1]. Прогнозированию режима разрушения каких-либо материалов уделялось меньше внимания, за исключением вопросов, связанных с прогнозом горных ударов, т. е. разрушений горных пород в динамической форме. Условия возникновения данных опасных явлений исследуются уже на протяжении 200 лет. Первые официальные сведения о таких разрушениях относятся к 1738 г.; они были зафиксированы при разработке оловянных руд в Англии [2], а во второй половине XIX в. горные удары стали отмечаться на угольных месторождениях в странах Западной Европы. С этого времени проблеме горных ударов стали уделять все возрастающее внимание [3-6]. На месторождениях России первые горные удары были отмечены в 1944 г. на шахтах Кизеловского каменноугольного бассейна в условиях сильной тектонической нарушенности массивов и при наличии пород с высокими деформационными и прочностными характеристиками [2; 7]. Вследствие роста глубин и масштабов разработки месторождений, а также интенсификации ведения горных работ количество разрушений пород в динамической форме постоянно увеличивается [8-10]. Ранее горные удары и техногенные землетрясения фиксировались в зонах влияния очистных работ и тектонических нарушений в массивах 138