Оцінювання тримкості закладальних масивів з подрібненої породи на основі деформаційно-енергетичних показників за різних умов стиснення

Abstract

Мета роботи. Оцінювання тримкості закладальних масивів за різних умов стиснення на основі деформаційно-енергетичних показників для обмеження переміщень та запобігання обвалень бічних порід при підтриманні гірничих виробок у виробленому просторі позаду очисного вибою. Методи. Для оцінювання тримкості закладальних масивів застосовані масштабні моделі, які піддавалися поступовому навантаженню на пресі. Моделювання одновісного стиснення подрібненої породи відповідало частковому, а компресійного стиснення – повному закладанню виробленого простору. Результати. При компресійному стисненні закладальний матеріал еволюціонує від пухкої поліфракційної суміші до псевдопружного конгломерату з експоненційним характером зростання напружень. Відношення повної потенціальної енергії деформування до тангенціального модуля деформації (енергетичний показник деформування R) спочатку зростає, відображаючи інтенсивну дисипацію на перепакування зерен та закриття порожнин, а потім, коли матриця повністю сформована і працює стабільно, знижується і лягає на горизонтальну асимптоту. Ця константа визначається параметрами «ідеальної» експоненційної залежності «напруження–деформація». В умовах одновісного стиснення (з можливістю бокового розширення) показник R відображає втрату тримкості сформованого масиву і досягнення стадії макроруйнування. Цей процес підпорядковується гіперболічному закону, де точка остаточної втрати тримкості є вертикальною асимптотою (R→∞). Для таких умов показник R стає індексом стійкості: поки R невеликий і стабільний – матеріал працює; початок різкого експоненційного зростання R позначає незворотні процеси в системі. Перехід R через нескінченність у область від’ємних значень – момент повного механічного розпаду тримальної структури. Наукова новизна. Запропонований енергетичний показник деформування R, який дорівнює відношенню повної потенціальної енергії деформування до тангенціального модуля деформації. На основі аналізу експериментальних даних показано асимптотичний характер залежності показника R від відносної деформації матеріалу за різних умов стиснення. Практична значимість. Аналіз швидкості зміни енергетичного показника деформування R дозволяє прогнозувати втрату тримкості ще до того, як напруження сягають граничних значень. Результати можуть бути використані для обґрунтування способів управління гірничим тиском або охорони підготовчих виробок у вугільних шахтах та при розробці способів моніторингу стану охоронних споруд.