Как известно, под действием постоянной
нагрузки во многих материалах, в том числе и в горных породах, с течением
времени происходит увеличение деформации. Раздел механики, устанавливавший
общие законы образования и развития во времени деформации любого вещества от
различных причин в различных условиях, называют реологией (наука о течении
вещества).
Изменение во времени деформаций, а
следовательно, и напряжений в одних случаях могут быть ощутимы на протяжении
сравнительно небольшого отрезка времени или более длительного периода. Эти изменения
происходят при постоянной нагрузке и сопровождаются увеличением деформаций или
сохранением постоянной деформации и снижением напряжений. В первом случае
явление называется ползучестью, во втором - релаксацией (падение напряжений
при неизменной деформации).
Известно, что деформации и напряжения в
горных породах зависят от времени. Поэтому описание свойств горных пород без
учета времени не может быть полным. Изучение деформированности горных пород с
учетом времени началось сравнительно недавно. Все работы в этом направлении
имеют пока поисковый характер с использованием данных, полученных для других,
однородных материалов как, например, металл.
Горные породы по реологическим свойствам
разделяются на два типа. К первому типу относятся породы, деформирование
которых во времени носит ограниченный характер. Деформации ползучести
возрастают по экспоненциальному закону (рис. 1.6, кривая I) и стремятся к определенному
пределу. Для второго типа пород кривая ползучести представляет в начальной
части экспоненту (рис. 1.6, кривая 2), которая затем быстро переходит в
прямую, образующую некоторый угол с осью времени. К первому типу пород
относятся песчаники, аргиллиты и алевролиты, ко второму - глинистые породы
(глины). Параметры кривой ползучести в зависимости от времени определяются
экспериментально на образцах при одноосном сжатии или изгибе. Получение
исходных данных для уравнения ползучести требует значительных затрат времени,
весьма точной аппаратуры, работающей в определенных условиях.
В условиях длительного нагружения порода
разрушается при нагрузках меньших, чем при кратковременном нагружении.
Изменение прочности пород во времени характеризуется кривой, изображенной на
рис. 1.6, б, которая называется кривой длительной прочности. Отношение
мгновенной прочности к длительной для осадочных пород изменяется от 1,2 до
2,0.
За счет изменения свойств пород их
деформации вокруг выработок во времени возрастают. Это вызывает опускание пород
внутрь выработки, рост нагрузок на крепь, расширение зоны влияния выработки
вглубь массива.
На рис. 1.7 представлены кривые
опускания слоя породы кровли, подработанного очистными работами, после
остановки забоя лавы. Из анализа следует, что с течением времени опускания
возрастают как над выработанными пространствами, так и в массиве. При этом зона
влияния выработки в массиве заметно расширяется.
Эти явления вызваны не только изменением
деформационных свойств пород, но и перераспределением нагрузок, действующих на
породы.
Характер изменения модуля деформации Е и
коэффициента β с течением времени представлены на рис. 1.8. Интенсивность
изменения этих характеристик зависит от типа породы и мощности рассматриваемого
слоя породы hсл
,
При одной и той же мощности слоя породы
для песчаников (рис. 1.3, кривая I) эта интенсивность ниже, чем для глинистых
сланцев (рис. 1.8, кривая 2).
На основе теоретических и
экспериментальных исследований, обработки статистических данных об опусканиях
подрабатываемых очистными работами пород в различных условиях получены
зависимости изменения модуля деформации пород над выработанным пространством Еп
и коэффициента β от времени и скорости подвигания забоя:
Ео
- модуль
деформации пород, определяемый из выражения (1.2), МПа; Еп - модуль
деформации пород над выработанный пространством, определяемый по выражению (I.I);
V
- среднесуточная скорость подвигания забоя, м/сут; t - время, прошедшее с момента
окончания горных работ, сут; hсл
- мощность рассматриваемого слоя, м; β - коэффициент, определяемый по выражению
(1.3).
Комментариев нет:
Отправить комментарий