Проявление масштабного эффекта 1 страница

Эксперименты в породах различных петрогра­фических разновидностей показывают, что с увеличением объемов пород, вовле­каемых в процесс деформирования, величина деформаций возрастает.

Различие показателей свойств горных пород в зависимости от абсо­лютных геометрических размеров участков породного массива, обусловленное проявлением влияния неоднородностей различных порядков, называют мас­штабным эффектом. Это прослеживается и при испытаниях образцов пород различных размеров. Например, даже при сравнении деформационных ха­рактеристик кристалла минерала с соответствующими показателями моно­минеральной того же состава породы можно наблюдать снижение модулей упругости и деформации. Так, если модуль упругости кристалла кальцита равен 1.2 МПа, то даже плотные мраморы имеют модуль упругости до 1.0 МПа. Модуль упругости кварца равен 1.03 МПа, а кварцитов — 0.92 МПа. В приведенных примерах четко прослеживается влияние неоднородностей четвертого порядка. Структурные неоднородности более низких порядков еще в большей степени влияют на снижение значений деформационных характеристик.

На проявление масштабного эффекта больше всего изучено влияние поверхностей неоднородностей разрывного типа. Так, на­пример, для ультраосновных пород — пироксенитов медно-никелевого место­рождения Ниттис-Кумужья-Травяная — предел прочности пород на сдвиг (с учетом неоднородностей только четвертого порядка, наверное – структуры пород) составляет 45 МПа, сцепление по мелким естественным трещинам, представляющим со­бой неоднородности третьего порядка, равно 6 МПа, а по крупным тре­щинам (неоднородностям второго порядка) — всего около 1 МПа.

Поэтому, когда при оценке устойчивости выработок, целиков, откосов бортов карьеров и котлованов часто возникает необходимость характеризовать те или иные свойства массива по данным испытаний образцов в лаборатории, используют так называемые коэффициенты структурного ослабления λ_i характеризующие степень снижения показателей соответст­вующих механических свойств массива пород вследствие наличия в массиве естественных трещин или других поверхностей структурных неоднородностей.

4.2 Изучение геометрических характеристик

структурных ослаблений породного массива

Задача изучения геометрических характеристик струк­турных ослаблений состоит в выявлении систем трещиноватости (или других неоднородностей) массива и их пространственной ориентировки, определении протяженности трещин различных систем по простиранию и падению, густоты (плотности) трещин с целью правильного истолкования наблюдаемых явлений и учета этих данных при решении практических вопросов меха­ники горных пород.

4.2.1 Приемы изучения трещиноватости

Выявление систем трещиноватости массива, определение их пространственной ориентировки и оценку степени постоянства этой ориентировки в пределах изучаемого шахтного поля произ­водят посредством массовых измерений трещиноватости. Изме­рения ведут обычно горным компасом точно так же, как и из­мерения элементов залегания пластов пород.

Измерениям непременно должен предшествовать визуаль­ный осмотр пород в выработках. В результате такого осмотра предварительно устанавливают общий характер и степень раз­вития трещиноватости породного массива. При этом оценивают, насколько однородна и равномерно развита трещиноватость пород в пределах изучаемого массива.

Массовые измерения ведут на отдельных представительных участках массива — наблюдательных станциях. Если массив по данным визуального осмотра характеризуется относительно рав­номерным развитием трещиноватости, всю изучаемую площадь (шахтное поле, горизонт и т. д.) покрывают равномерной сетью наблюдательных станций, располагаемых в нескольких десят­ках метров одна от другой. Если развитие трещиноватости не­равномерно, то расстояния между наблюдательными станциями выбирают дифференцированно для различных ее типов.

Наиболее полные и объективные данные могут быть полу­чены при измерениях трещиноватости в трех взаимно ортого­нальных плоскостях. В этом случае для наблюдений доступны обнажения по трем граням пространственного прямоугольного параллелепипеда, и измерения трещиноватости по ним позво­ляют правильно охарактеризовать развитие трещин всех на­правлений в данной точке массива. Поэтому удобно использо­вать для измерений ниши или участки сопряжений выработок.

Размеры наблюдательных станций следует по возможности принимать такими, чтобы в пределах станции было не менее 8—10 трещин каждой системы. В большинстве случаев размеры станций по протяженности и высоте принимают по 2 м.

На каждой наблюдательной станции измеряют элементы за­легания всех без исключения трещин, фиксируют расстояния по нормали между трещинами одноименных систем, устанавли­вают характер трещин (открытые, закрытые), их раскрытие, заполнение трещинными минералами, характер поверхностей трещин (ровные, неровные стенки, наличие зеркал и штри­хов скольжения и пр.), протяженность трещин, степень искрив­ления их поверхностей.

Кроме того, для детального изучения вещественного состава минералов-заполнителей трещин, от которого в первую очередь зависят прочностные характеристики по их контактам, необхо­димо специально отбирать пробы для изготовления шлифов (тонких срезов горных пород для изучения их под микроскопом).

Результаты массовых измерений подвергают статистической обработке и представляют в виде диаграмм и графиков, характеризующих пространственную ориентировку и степень выраженности си­стем трещин.

4.2.2 Графическое представление массовых замеров трещиноватости

Пространственную ориентировку систем трещин наглядно выражают с помощью различных диаграмм трещино­ватости. Сопоставление диаграмм по смежным наблюдатель­ным станциям позволяет легко сравнивать результаты измере­ний трещин и судить о степени изменчивости их простран­ственной ориентировки и степени выраженности на различных участках породного массива.

Степень выраженности различных систем трещин и средние элементы их пространственной ориентировки в преде­лах всего изучаемого шахтного поля или отдельного горизонта выявляют и графически представляют с помощью сводных диа­грамм трещииоватости в изолиниях. Такие диаграммы строят обычно раздельно для отдельных видов трещин — крупных, мелких, микротрещиноватости. Для построения диаграмм трещиноватости наиболее широко используют стереографическую сетку Шмидта (проекцию верхней полусферы, разграфленной «меридианами» и «параллелями», на горизонтальную плоскость) либо сетку прямоугольных координат. Круговая точечная диаграмма ориентировки трещин, построенная с помощью сетки Шмидта сохраняет постоян­ство масштабов площадей. Благодаря этому свойству относи­тельная степень выраженности в массиве различных систем тре­щин представляется на ней без иска­жений. Кроме этого, на сферограмме с помощью сетки Шмидта можно определять двугранные углы между системами трещин, ориентировку линий пересечения плоскостей, наносить на диаграмму плоскости и линии заданной ориентировки, а также другие операции.

Построение прямоугольных диаграмм ориентировки трещин менее трудоемко, чем построение круговых диаграмм и на них также сохраняется постоянство масштабов площадей, но на прямоугольных диаграммах невозможно осуществлять перечисленные выше измерительные операции. Наиболее удобно применять прямоугольную диаграмму с так называемым произвольным выбором развертки, используя оциф­ровку координатных осей таким образом, чтобы в диаметрально противоположных частях диаграммы не создавалось по два максимума концентрации полюсов одной и той же системы трещин. На рис. 25 приведен пример графического изображения в изолиниях ориентировки трещин одного и того же участка массива на диаграммах различных типов.

Круговая точечная диаграмма ориентировки трещин строится на восковке. Для этого, наклеенная для прочности на картонку сетка Шмидта, протыкается в центре снизу гвоздиком, чтобы на лицевую сторону сетки можно было приколоть лист восковки. Восковка с сеткой Шмидта не скрепляется, восковка должна вращаться на гвоздике. На восковке, по контуру сетки Шмидта проводится окружность и на ней, штрихом и цифрой ноль, отмечается «север» диаграммы - начало отсчетов азимутов падения трещин.

Затем на восковку наносится ориентировка трещин в виде точек, каждая из которых отображает ориентировку «своей» единичной трещины.

Принцип отображения двух параметров (азимута падения и угла падения) ориентировки трещины (плоскости) одной точкой состоит в следующем. Трещина как бы помещается в центр полусферы (вспомним, что сетка Шмидта – это проекция на горизонтальную плоскость полусферы, разграфленной параллелями и меридианами и имеющей азимутальную разграфку (оцифровку) по контуру подошвы полусферы от 0 (из которого выходят меридианы) до 360⁰), разворачивается вокруг вертикальной оси в положение, соответствующее ее простиранию и наклоняется под углом, соответствующим углу падения трещины; в центре полусферы к трещине восстанавливается перпендикуляр до пересечения с полусферой и эта точка пересечения проектируется взглядом снизу на горизонтальную плоскость. Полученная на горизонтальной плоскости (на подошве полусферы) точка называется полюсом трещины. Он (полюс трещины) располагается на радиусе подошвы полусферы, проходящем через цифру азимутальной разграфки, соответствующей азимуту падения трещины и отстоит от ее центра на расстоянии, соответствующем углу падения (наклона) трещины.

Фактически, полюс трещины наносится на диаграмму следующим образом: азимутальный ноль диаграммы (окружности на восковке), путем вращения восковки вокруг гвоздика, совмещается с цифрой азимутальной разграфки сетки, соответствующей азимуту падения трещины; на северном радиусе сетки (линии, соединяющей центр сетки с нулем ее азимутальной разграфки) ставится точка против деления, соответствующего углу падения трещины. После нанесения всех замеров ориентировки трещин получается точечная диаграмма их ориентировки. Скопления близко расположенных полюсов трещин на этой диаграмме называют максимумами концентрации полюсов, которые соответствуют реально проявленным в породах системам трещин. Для большей выразительности построенной диаграммы и для исключения субъективизма в оценке ориентировки выявленных систем трещин на диаграмме проводят изолинии плотности полюсов трещин. Для этого восковка с точечной диаграммой снимается с сетки Шмидта и с расположенной поверх нее новой восковкой прикрепляется неподвижно (с помощью скрепок) к сетке Пронина. Сетка Пронина состоит из окружностей радиусом 1 см (что составляет 1% от площади сетки Шмидта), центры которых расположены на квадратной сетке с ячейкой, равной 1 см. Таким образом, вся поверхность сетки Пронина покрыта взаимно перекрывающимися окружностями.

Для определения плотности полюсов трещин на новой восковке (на площадях, где есть полюса трещин) в каждом центре кружочка сетки Пронина ставится точка, около которой надписывается цифра, соответствующая количеству точек (полюсов трещин), попавших в данный кружочек (каждый полюс трещины, при этом, охватывается 2-мя или 3-мя кружочками). За пределами максимумов концентрации полюсов плотность точек не указывается (все равно одни нули), но ближайшие к значащим точкам (центрам кружков, в которые попала хотя бы одна точка) точки с нулями требуется проставить (и надписать) по всему контуру максимума. Особое внимание требуется уделять определению плотности точек на периферии диаграммы. Здесь располагаются половинки кружочков и к точкам, которые в них попали, нужно приплюсовать точки из других половинок, расположенных на противоположной стороне диаграммы (по диаметру). В обоих центрах половинок, расположенных на линии, оконтуривающей диаграмму (и на разных концах одного и того же диаметра), нужно поставить одну и ту же цифру, равную сумме точек из обеих половинок. После нанесения всех центров кружков с подсчитанной плотностью полюсов трещин проводят изолинии плотности полюсов. В зависимости от величины плотности полюсов в центре самого крупного максимума, изолинии проводят с разностью в единицу (изолинии плотности со значением 1, 2, 3 и т.д. точек на кружок), или с разностью в 2, 3 и более единиц (изолинии плотности 1, 3, 5 и т.д.), с таким расчетом, чтобы в самом «плотном» максимуме было 5-7 изолиний. Допускается в направлении к центру максимума увеличивать интервал между соседними изолиниями. Численное значение изолиний у всех максимумов должно быть одинаковым.

Средние параметры про­странственной ориентировки этих систем непосредственно опре­деляют по диаграмме.

В тех случаях, когда требуется проследить закономерности изменения одного какого-либо параметра, например только ази­мута или только угла падения трещин, по результатам массо­вых измерений составляют гистограммы частот (или частостей) данного параметра.

Весьма часто для решения практических вопросов, например оценки устойчивости обнажений пород, кроме относительных характеристик степени распространенности тех или иных си­стем трещин в исследуемом массиве требуются абсолютные зна­чения указанных параметров, т. е. вероятностей появления тех или иных структурных неоднородностей в рассматриваемой точке выработки. С этой целью на каждой наблюдательной станции число трещин (или других структурных неоднородностей) отдельных систем относят к общему числу измеренных трещин и таким образом оценивают частоту (в пределе — веро­ятность) появления той или иной системы. Однако при этом воз­можны существенные погрешности вследствие того, что наблю­дательные станции не в равной степени охватывают все про­странство изучаемого массива. Например, при расположении наблюдательных станций в горизонтальных выработках слабо отражается распространение пологих и горизонтальных трещин.

Более корректно определять степень распространенности тех или иных систем трещин, основываясь на статистическом ана­лизе расстояний между отдельными трещинами в каждой си­стеме. С этой целью по результатам полевых измерений со­ставляют гистограммы распределения расстояний между от­дельными трещинами и по ним определяют модальные (наиболее часто встречающиеся) значения расстояний для каждой из выделенных систем

Рис. 25. Типы диаграмм трещииоватости массива в изолиниях. а — сферограмма на сетке Вальтер — Шмидта; б — прямоугольная диаграмма; в -прямоугольная диаграмма с произвольным выбором развертки. Относительное число трещин, %: / —0; 2—<1; 3—1—2; 4 — 2—3- 5 — 3—4; 6 — 4—5; 7 — 5 —6; 8 — 6 —7; 9 — 7—8; 70 — 8—9; // — >9. 1—IV —системы трещииовато­сти (Кольский пол-ов, м-е Ниттис-Кумужья-Травяная, горизонт 122 м, 553 еди­ничных измерений трещин).

трещин.

Кроме того, расстояния между трещинами служат исход­ными данными для установления средних размеров и формы структурных блоков, образуемых трещинами различных си­стем.

В качестве примера на рис. 24-а представлены результаты обработки на­турных измерений геометрических параметров естественных трещин в дистен-гранат-биотитовых гнейсах массива одного из месторождений слюдоносных пегматитов Северной Карелии.

Как следует из представленных данных, массив пород интенсивно рас­членяется шестью системами трещин, из которых четыре являются крутопа­дающими, одна — наклоной и одна пологой.

Рис. 24-а. Геометрические параметры трещиноватости дистен-гранат-биотитовых гнейсов месторождения «Плотина».

а — диаграмма трещиноватости; б — гистограммы распределения расстояний между тре­щинами. Системы трещин: / — меридиональная, // — северо-западная, /// — субширотная, IV — широтная, V — наклонная, VI — пологая, грубосовпадающая со сланцеватостью гнейсов. 1—8 — число трещин на единицу площади диаграммы.

Анализ гистограмм распределения расстояний между трещинами пока­зал, что преобладающим расстоянием между трещинами в широтной и поло­гой системах является 0,1—0,2 м, во всех остальных системах наблюдается по две группы характерных расстояний: для меридиональной и субширотной систем — 0,1—0,2 и 0,5—0,6 м, для северо-западной и. наклонной 0,1—0,2 и 0,4—0,5 м.

Указанная особенность распределения расстояний между трещинами сви­детельствует о том, что в массиве выделяется две группы трещин — мелко- и крупноблоковые, в пространственной ориентации которых имеется четкое соответствие.

Степень распространенности отдельных систем трещин, вычисленная по формуле (51), отражена в табл. 4.

Минералогическое изучение трещин показало, что большинство трещин в изучаемом массиве не имеет сплошного заполнения. В относительно не­большом количестве в массиве имеются заполненные трещины, при этом по составу заполнителя можно выделить три группы трещин:

I — заполненные хрупкими минералами с твердостью по шкале Мооса
1—2 (хлорит, гидрослюды, милонитизированная порода);

II — заполненные минералами твердостью 2—6 (кальцит, слюды, руд­
ные);

III —со сплошным (по мощности) заполнением минералами, твердость
которых превышает 6 (кварц, полевые шпаты).

4.2.2 Изучение механических характеристик структурных ослаблений в натурных условиях

Во многих случаях, особенно при изучении крупномас­штабных структурных неоднородностей, единственным сред­ством получения прочностных характеристик по их контактам является проведение испы­таний непосредственно в на­турных условиях.

При этом сцепление [τ] обычно определяют путем среза породных призм, оконтуриваемых в пород­ном массиве. Породную призму в массиве оконтуривают таким образом, чтобы она сохранила связь с массивом лишь по тем поверхностям, по которым надлежит установить сцепление пород. К этим поверхностям прикладываются нормаль­ные и касательные напряжения, создаваемые специальными приспособлениями — гидравлическими домкратами или гидрав­лическими подушками (последние применяются в массивах слабых пород). На рис. 28 приведены различные схемы оконтуривания породных призм и приложения сдвигающих сил.

Рис. 28. Схемы оконтуривания и нагружения породных призм при определении сцепления по поверх­ностям естественных трещин при условии одностороннего нагруже­ния {а), двустороннего нагруже­ния (б) и среза одновременно по двум поверхностям трещин (в).

Щели, оконтуривающие породные призмы, в слабых породах создают с помощью ручных долот, в более прочных — электро­сверлами, пневматическими или электрическими перфорато­рами. В массивах скальных пород высокой прочности процесс создания щелей для размещения гидродомкратов весьма трудо­емок. Щель создают путем бурения соприкасающихся шпуров. После разделки щели в нее между стальными пли­тами устанавливают гидродомкраты. Систему гид­родомкратов подключают к масляному насосу и нагружают, фиксируя давление в домкратах манометром. Прекращение ро­ста давления или его падение в гидравлической нагрузочной системе свидетельствует о том, что произошел срез породной призмы. Фиксируя усилие среза, ориентировку поверхностей среза относительно действующих сил и площади этих поверхно­стей, вычисляют сцепление.

Значение угла δ_п может быть вычислено аналитиче­ски по элементам залега­ния поверхностей трещин n₁ и n₂, по которым про­исходил срез породной призмы. Однако проще оп­ределять угол графически, пользуясь известными методами горной геометрии. Погрешность графического определе­ния по сравнению с аналитическим не превосходит 1—2%.

В тех случаях, когда по каждой из двух поверхностей струк­турного блока, по которым произведен срез породной призмы, сцепления визуально оценивают как существенно различные (например, по различной шероховатости поверхностей контак­тов, различному заполнению трещин или по зазору и т. д.), методика их определения усложняется. Требуется провести по крайней мере два опытных среза породных призм по поверхно­стям трещин одноименных систем. Это позволяет составить и совместно решать систему двух уравнений

[τ₁] F'₁ + [τ₂] F' ₂ = P^' (sin δ^' – cos δ^' tg φ);

[τ₁]F^''₁ + [τ₂] F"₂ = P"(sin δ^"— cos δ" tg φ), (57)

где [τ₁] и [τ₂] — определяемые сцепления по каждой из двух по­верхностей среза.

Знаками ' и " обозначены соответствующие регистрируемые параметры в первом и втором экспериментальных срезах призм. В тех случаях, когда число опытных срезов породных призм более двух, известными методами решают систему с избыточ­ным числом уравнений, производя уравнивание результатов по способу наименьших квадратов и оценку разброса эксперимен­тальных данных.

4.2.3 Прогнозирование трещиноватости пород массива

Степень развития трещиноватости оказывает сущест­венное влияние на устойчивость пород в обнажениях, на проч­ность целиков. Поэтому важно бывает знать относительное раз­витие трещиноватости на различных участках шахтного поля заблаговременно, до начала горных работ оценивать возмож­ное ее развитие и изменения в пределах подлежащего разра­ботке месторождения, нового вскрываемого горизонта, подго­тавливаемого к разработке нового участка шахтного поля и т. д.

Первые оценки степени развития и закономерностей прост­ранственной ориентировки трещиноватости массива могут быть получены уже при разведке месторождений. Для этого на ста­диях разведки и изысканий проводят изучение трещиноватости по обнажениям коренных пород на земной поверхности, экстра­полируя результаты в глубь массива. При достаточной площади и представительности обнажений такое изучение позволяет ус­тановить пространственную ориентировку основных систем тре­щин. При этом вследствие выветрелости приповерхностной ча­сти породного массива обычно в обнажениях фиксируют наи­более высокую степень развития трещиноватости.

Особенно широки возможности изучения трещиноватости коренных пород в тех случаях, когда в комплекс разведочных работ входит проходка шурфов и разведочных канав.

Значительная информация о пространственных закономер­ностях структурных ослаблений массива может быть получена на основе изучения трещиноватости по кернам геологоразве­дочных скважин. Для такого изучения необходимо обеспечить фиксацию первоначальной пространственной ориентировки из­влекаемых кернов. Керны подвергают далее визуальному ос­мотру, выявляют в них естественные ослабления (трещины, поверхности напластования) и измеряют ориентировку ослаб­лений относительно образующей керна, определяя затем пере­счетом элементы залегания этих поверхностей ослабления в массиве. Наряду с этим часть керна используют для изготов­ления гак называемых ориентированных шлифов (положение плоскостей строго определено в пространстве).

Под микроскопом изучают микротрещиноватость по шли­фам, определяя ориентировку микротрещин относительно ори­ентированных осей шлифов. Результаты измерений подвергают статистической обработке на диаграммах, выявляя простран­ственную ориентировку систем микротрещиноватости. По­скольку системы макро- и микротрещиноватости массивов по их пространственной ориентировке четко взаимно коррелируются, такой анализ позволяет предварительно прогнозировать прост­ранственную ориентировку основных систем крупно- и мелко­блоковой трещиноватости.

Степень структурного ослабления массива может сущест­венно изменяться по простиранию и по глубине. Для прогно­зирования трещиноватости на подлежащих вскрытию новых го­ризонтах или участках месторождения, смежных по простира­нию с разрабатываемой частью месторождения, следует произ­водить анализ изменений интенсивности трещиноватости— плотности трещин различных систем и интенсивности трещино­ватости участков массива в целом. Такой анализ позволяет также прогнозировать приближение горных работ к тектони­ческим разрывам, не выявленным при разведке месторождения, поскольку вблизи разрывных нарушений обычно развита опе­ряющая трещиноватость, вследствие чего общая интенсивность трещиноватости возрастает.

Анализ погоризонтных диаграмм трещиноватости позволяет выявить закономерности изменения ее с глубиной и путем экс­траполяции дать прогноз развития трещиноватости на очеред­ном горизонте, подготавливаемом к вскрытию.

5 ПОЛЕ НАПРЯЖЕНИЙ ПОРОДНОГО МАССИВА И ГОРНОЕ ДАВЛЕНИЕ

5.1 Факторы, влияющие на напряженное состояние горного массива

Породные массивы как объекты исследования в геомеханике имеют одну очень существенную особенность по сравнению с объ­ектами, рассматриваемыми в механике вообще или в механике твердых деформируемых тел в частности. До производства работ, т. е. еще в своем начальном состоянии, они уже находятся в напря­женном состоянии, которое обычно называют естественным, или начальным напряженным состоянием.

При этом в качестве исходного положения принимается, что напря­женное состояние земной коры в общем случае определяется дейст­вием в земной коре двух независимых силовых полей. Одно из них — гравитационное поле — в соответствии с законом всемирного тяготения Ньютона, другое — тектоническое поле — обусловлено неравномерным распределением в пространстве скоростей текто­нических движений и скоростей деформаций земной коры, т. е. наличием градиента тектонических движений.

Гравитационное поле Земли определяет вес столба горных пород, оказывающих давление на горную выработку.

Тектоническое силовое поле отличается от гравитационного значительно большей сложностью. Оно связано с неравномерными распределениями в пространстве скоростей тектонических движе­ний и деформаций земной коры.

В настоящее время поля тектонических напряжений связывают с медленными движениями отдельных участков зем­ной коры, развивающимися на протяжении, по крайней мере, не­скольких столетий, при этом глубинные разломы и разрывы зем­ной коры являются теми естественными швами, по которым на протяжении геологической истории Земли непрерывно про­исходили тектонические движения.

Современные медленные движения земной коры имеют верти­кальные и горизонтальные составляющие, скорости которых раз­личны и зависят главным образом от тектонического типа региона, строения и местоположения участка земной коры.

В геосинклинальных областях скорости вертикальных движе­ний составляют 5—10 мм/год, т. е. на порядок выше по сравнению с платформами, где они обычно не превышают 1—3 мм/год. В то же время скорости современных движений как в высокоподвиж­ных, так и в малоподвижных областях очень неравномерны и могут различаться на соседних локальных участках земной коры в не­сколько раз. (Карта вертикальных тектонических движений земной коры Урала!)

Данные непосредственных измерений и наблюдений в нашей стране и за рубежом свидетельствуют о приуроченности высоких горизонтальных напряжений к зонам тектонических поднятий зем­ной коры, причем уровень горизонтальных напряжений тем выше, чем выше скорость поднятий.

Характерными признаками тектонически-напряженных масси­вов являются специфические проявления горного давления в под­земных выработках, дискование керна и азимутальные искривле­ния стволов буровых скважин, а также аномально высокие величи­ны напряжений по данным прямых натурных определений. (Диаграммы Влоха).

Просматривается взаимосвязь измеренных горизонтальных напря­жений с прочностными и деформационными свойствами пород. Более жестким, высокоупругим разностям соответствует больший уровень измеренных горизонтальных напряжений.

Наблюдается возрастание напряжений вблизи геологических нарушений.

Таким образом, к настоящему времени установлены некоторые закономерности в распределении тектонических сил:

1) горизонтальные напряжения приурочены к районам восходя­щих движений блоков земной коры;

2) региональные поля напряжений соответствуют общим струк­турам месторождений;

3) наиболее высокие значения горизонтальных напряжений от­мечаются у границ блоков вблизи геологических нарушений, в са­мих зонах геологических нарушений горизонтальные напряжения имеют сравнительно невысокие значения;

4) в элементах гористого рельефа высокие значения горизонталь­ных напряжений наблюдаются ниже дна долин; выше местных бази­сов эрозии, ближе к вершинам гор горизонтальные напряжения ми­нимальны по величине; количественные различия достигают 3—5 раз;

5) горизонтальные напряжения выше в более упругих и моно­литных породах.

Вообще говоря, кроме этих двух полей (гравитационного и тектонического) в земной коре действуют еще много других факторов, которые вносят свой вклад в форми­рование общего поля напряжений. К ним относятся: температурные поля, рельеф земной поверхности, действие подземных и назем­ных вод и газов, космические факторы (приливы и отливы земной коры, силы Кориолиса). Однако все эти факторы можно рассматривать как искажающие основное гравитацион­но-тектоническое поле напряжений, хотя суммарный их вклад мо­жет быть достаточно велик.

5.2 Динамические проявления горного давления в породных массивах

Наряду со статическими формами проявлений горного давле­ния (дискование керна, искривление скважин) в массивах горных пород могут происходить динамические, внезапные разрушения участков массива пород, находящихся в оп­ределенных условиях напряженного состояния при больших дейст­вующих напряжениях. В естественной обстановке к подобным ди­намическим явлениям в земной коре относятся землетрясения. При ведении горных работ таковыми являются шелушения горных пород, стреляния, динамическое заколообразование, горные удары и газодинамические явления.

Дата добавления: 2014-12-07