Цели и задачи дисциплины

ЧАСТЬ I

ГЕОМЕХАНИКА

(ЛЕКЦИИ)

Геомеханика – наука о механических свойствах и напряженно-деформированном состоянии массива горных пород в естественном залегании, деформациях горных пород, движениях в них жидкости и газа и силах, вызывающих эти деформации и движения, а также эволюции среды в результате техногенных нагрузок.

Цель – познание законов согласования горных объектов с природными телами земных недр при изменяющемся поведении тел в процессе комплексного освоения и сохранения недр.

Задача – изучение геомеханических процессов, происходящих в геологической среде под влиянием горных работ, и создание методов оценки, прогноза и контроля состояния толщи пород и поверхности земли в различные периоды преобразования недр.

под согласованием понимают обоснование и выбор систем и порядка ведения горных работ, взаимного положения выработок, способов управления горным давлением, скорости подвигания забоев и др. параметров технологических процессов, при которых деформации в толще горных пород и на земной поверхности будут находиться в заданных пределах.

I. МАССИВ ГОРНЫХ ПОРОД И ЕГО ОСОБЕННОСТИ

Горные породы – естественные минеральные агрегаты более или менее постоянного состава, сформировавшиеся в результате геологических процессов и залегающие в земной коре в виде самостоятельных литологических разностей.

В геомеханике пользуются понятием массив горных пород – часть земной коры, в пределах которой локализуются все механические процессы, обусловленные горными работами.

По характеру связей между твердыми минеральными частицами горные породы разделяют на: твердые (скальные и полускальные), связные (пластичные), раздельнозернистые или рыхлые, сыпучие (песчаные и крупноблочные), текучие.

По геологическим процессам горные породы разделяют три генетические группы: магматические, осадочные и метаморфические. Магматические породы занимают 95 % от общей массы земной коры. На поверхности земли наибольшее распространение имеют осадочные горные породы.

Главными породообразующими минералами являются кварц, полевые шпаты, нефелин, минералы из группы елгод, амфиболов, пироксенов, оливин.

По условиям образования магматические горные породы делятся на глубинные и излившиеся. Отдельно выделяется группа жильных пород.

Осадочные горные породы образуются путем накопления продуктов разрушения магматических и метаморфических пород. Осадочные породы залегают чаще всего в виде пластов.

Метаморфические породы образуются из первичноосадочных и магматических пород под действием температуры давления и климатических веществ (растворов, газов).

Особенность строения горных пород, зависящие от условия образования, выражаются в структурных и текстурных признаках.

Структура оценивается кристаллами и размерами зерен, а также формой и взаимными отношениями составных частей породы.

Текстура характеризует расположение частей составляющих породу.

Магматические породы имеют полнокристаллические структуры (глубина породы); полукристаллические и стекловатые структуры (излившиеся породы).

По величине делятся на крупнозернистые – размер зерен более 5 мм; среднезернистые – 15 мм; мелкозернистые – 0,5-1 мм.

Текстура магматических пород – массивная, пятнистая, вкрапленная, полосчатая, линзовидная, прожилковая, сланцевая, брекчиевая, друзовая.

Структуры осадочных пород делятся на обломочные более 1 мм, псаммитовые – 1-0,1 мм, алевролитовые – 0,1-0,01 мм, политовые – менее 0,01 мм.

В обломочных породах различают обломочные зерна и «цемент» – тонкообломочный материал, скрепляющий между собой крупные зерна.

Текстуры осадочных пород делятся на внутрипластовые и поверхности напластования. Основной элемент текстуры осадочных пород – слоистости. Если слоистость отсутствует, текстуру называют беспорядочной.

При анализе механических и геомеханических процессов пород в основном обращают внимание на их трещиноватость.

Трещины по происхождению делят на четыре типа:

1. прирожденные (первичные);

2. тектонические (вторичные);

3. экзогенные (трещины выветривания);

4. техногенные (возникшие при производственной деятельности).

Трещины могут быть открытыми или заполненными частично или полностью. По протяженности трещины делят на 5 классов.

1. дефекты кристаллической решетки;

2. микротрещины на уровне размеров минеральных зерен;

3. макротрещины;

4. разрывы – длиной от 100 м до 10 км;

5. крупные тектонические разрывы длиной от 10 до 10 км.

В зависимости от взаимной ориентации трещины делятся на упорядоченные и неупорядоченные.

Для количественной оценки трещиноватости используют линейный и объемный коэффициенты трещиноватости, а также площадной коэффициент трещиноватости.

(1)

где – единица линейного размера;

– среднее расстояние между трещинами;

– единица принятой площади;

– средняя трещиноватая площадь;

– единица принятого объема породы;

– средний объем трещиноватой породы.

Также трещиноватость оценивают ее интенсивностью – т.е. число трещин, приходящихся на 1 м в направлении перпендикулярном трещинам.

(2)

где – интенсивность трещиноватости;

– единица линейного размера, 1 м;

– среднее расстояние между трещинами в пределах 1 м.

II. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД И ГРУНТОВ. ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЧЕСКОГО
СОСТОЯНИЯ ПОРОДНЫХ И ГРУНТОВЫХ МАССИВОВ

Дата добавления: 2014-01-07