Вестник МГТУ. 2019, Т. 22, № 1.

Козырев А. А. и др. Оценка степени удароопасности скальных горных пород. В результате появляется возможность оценивать степень удароопасности горных пород по итогам сопоставления указанных модулей1 [11, 12]: K = E/Мсп, (4) К2 ^у/^обЩ5 (5) ^общ—£у + + ^з, (6) где E - модуль деформации; Мсп - модуль спада, определяемый по запредельной ветви диаграммы "напряжение - деформация"; £у, £общ, е„, гз - упругие, общие, остаточные на пределе прочности и необратимые деформации в запредельной области. При К1 < 1 и К2 > 0,7 порода считается удароопасной даже в случае, если хотя бы один из коэффициентов К подтверждает ее удароопасность. Однако выполнение данных оценок в настоящее время сдерживается отсутствием промышленного изготовления испытательных установок с повышенной жесткостью, что необходимо для получения запредельных характеристик. Вследствие этого очень часто месторождения относят к удароопасным по опыту проведения работ в аналогичных условиях. Недостатком изложенного подхода к определению склонности пород к разрушениям в динамическом режиме является анализ отдельных параметров на различных участках кривой деформирования. С учетом указанного обстоятельства представляется более перспективным переходить к комплексным параметрам для характеристики всего процесса деформирования и разрушения пород. В качестве такого параметра может быть применено понятие "энергия", которое является общей мерой различных форм движения и взаимодействия материи. Применительно к массивам горных пород основным рассматриваемым видом энергии является потенциальная. Она характеризует способность некого тела совершать работу за счет своего нахождения в поле действия сил [13]. С практической точки зрения наиболее важной задачей является изучение предельных накопленных величин энергии, при которых наступает разрушение горных пород в массиве. В связи с этим было введено понятие "энергоемкость". Энергоемкость горных пород можно охарактеризовать как величину накопленной энергии до разрушения тем или иным способом. На данный момент разработано множество подходов, позволяющих определять энергоемкость пород при их взрывании [14; 15], резании [16; 17], дроблении [14; 18], бурении [14; 19], динамическом скалывании [20]. Особый интерес для рассматриваемого направления исследований представляют испытания горных пород с использованием прессов, позволяющие устанавливать предельные величины энергии при различных режимах нагружения [12; 21-23]. В работах Б. З. Амусина [21] и В. Т. Глушко [22] был изучен процесс накопления потенциальной энергии упругого деформирования в образцах горных пород при нагружении их на испытательных установках с обычной и повышенной жесткостью. В ходе обсуждения полученных результатов авторы отмечали, что при нагружении образцов с невысокой прочностью на испытательных установках с обычной жесткостью разрушение проходило без динамических проявлений, а при нагружении прочных образцов - в динамической форме. При испытании на "жесткой" установке наблюдалось спокойное разрушение и для прочных образцов. Главной причиной, вызвавшей различия в характере разрушения таких образцов, по мнению авторов, была их способность к разупрочнению, которая влекла за собой разгрузку пресса. Так, если на деформирование образца тратится больше энергии, чем ее высвобождается в результате разгрузки пресса, то разрушение происходит спокойно. Если же разгрузка пресса высвобождает больше энергии, чем ее идет на деформирование образца, то разрушение будет носить динамический характер. И. М. Петухов и А. М. Линьков [12] продолжили исследование энергетических процессов при нагружении образцов горных пород в "жестком" и "мягком" режимах. По результатам испытаний они установили, что опасными в плане динамических проявлений являются в основном не конкретные горные породы, а вся система "нагружающее устройство - образец горной породы". Так, при мягком режиме нагружения в момент разрушения образца в прессе реализуется мгновенная упругая деформация. В результате он разрушается в динамической форме с сильным разлетом осколков. А. Н. Ставрогиным, А. Г. Протосеней и Б. Г. Тарасовым также велись работы в направлении исследования энергии упругого деформирования образцов скальных горных пород при их разрушении на установках с обычной и повышенной жесткостью в условиях одноосного и трехосного сжатия [11; 24]. Авторами было определено соответствие между этапами нагружения образца и изменением компонент баланса энергии. На основании полученных данных они установили, что неуправляемое разрушение возникает в том случае, когда величина модуля спада превышает коэффициент жесткости пресса. Таким образом, разрушение образца за пределом прочности происходит за счет запасенной в нагружающем устройстве энергии. 1Методические рекомендации по оценке склонности рудных и нерудных месторождений к горным ударам // Утверждены приказом№ 216 Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 23.05.2013. URL: http://docs.cntd.ru/document/499022602. 140