Об утверждении "Методических рекомендаций по оценке склонности рудных и нерудных месторождений к горным ударам"

Определение поля напряжений блочного массива горных пород численными методами

56. При математическом моделировании нетронутого напряженного состояния массив горных пород рассматривается как блочная структура, образованная разрывными нарушениями. Часто сами блоки рассматривают как упругие и считают, что все необратимые пластические процессы сконцентрированы на контактах блоков. В зависимости от типа нарушения (сдвиг, сброс, взброс, разрыв и т.п.) на контактах блоков задаются различные условия взаимодействия - от полного сцепления, до полного проскальзывания.

57. Существенное влияние на напряженное состояние блочного массива горных пород оказывают граничные условия на контактах блоков. Поэтому при задании граничных условий необходимо привлекать данные натурных наблюдений за подвижками по разломам и нарушениям. Исходя из выполненного анализа степени подвижности разломов между блоками различного ранга на всех контактах, выделены следующие участки: полного проскальзывания, частичного проскальзывания и полного сцепления. Однако, при недостатке информации целесообразно проведение прогнозной оценки напряженного состояния при максимальных условиях взаимодействия по контактам блоковых структур.

58. Для проведения расчетов используются данные о прочности на сжатие, модуля упругости, модуля спада несущей способности, коэффициента объемной деформации блочного квазиоднородного массива горных пород. В условиях одноосного и трехосного сжатия по результатам испытаний монолитных образцов осуществляется в соответствии с известными методами, которые базируются на обобщенных результатах сопоставительных испытаний монолитных и структурно-нарушенных образцов горных пород в режиме заданной деформации при трехосном сжатии.

59. Методика механических испытаний позволяет также проводить исследования объемных прочностных и деформационных свойств анизотропных пород. Согласно проведенным по этой методике испытаниям модуль упругости трещиноватых горных пород может отличаться от однородных пород в 3-4 раза. А для некоторых типов пород и до 7 раз. Поэтому для оценки напряженного состояния на вертикальных разрезах модуль упругости пород в зоне разрывных нарушений принимается в три раза ниже, чем в окружающем массиве.

60. Для решения задач о напряженно-деформированном состоянии блочных структурах:

метод граничных элементов (программы Blocks2d и Fault3d);

метод отдельных элементов (программа 3DEC);

метод конечных элементов (программы Зенит, Ansys, Abaqus).

61. Из примеров, иллюстрирующих возможности вышеизложенных методов, можно увидеть область их применения для оценки напряженного состояния блочного массива горных пород. Отдавая должное важности, оригинальности и перспективности этих подходов, а также их практической направленности, рекомендуется отметить, что по самой их природе эти методы сложны в использовании на рудниках. Поэтому, моделирование напряженного состояния блочных структур рекомендуется выполнять специализированными группами в научно-исследовательских институтах и научных центрах.

На рисунке 6 к настоящим Методическим рекомендациям приведены в качестве примера результаты расчета напряжений в пределах выделенной системы блоков I-IV рангов, вызванных наличием активных участков разломов. Зоны повышенных напряжений (>1.8) отмечены линиями черного цвета.

Рис.6. Прогнозная карта напряжений блоковой структуры месторождений апатито-нефелиновых руд.

62. Областями активной динамики являются разрывные нарушения. Именно на таких участках происходит резкое изменение однородности геофизических полей и напряженно-деформированного состояния массива горных пород. Поскольку основной задачей геодинамического районирования является выделение участков, потенциально опасных по проявлению геодинамических явлений, после выделения активных разрывов требуется построить области локализации ТНЗ. Выделение ТНЗ рекомендуется производить численным методом расчета напряженного состояния породного массива в зоне влияния разрывных нарушений. При проведении расчетов строится по критерию .

63. Размеры и конфигурации ТНЗ зависят от угла падения и ориентации нарушений по отношению к действию главных напряжений и, следовательно, для каждого конкретного нарушения рекомендуется рассчитывать с учетом особенностей его залегания.

Рис.7. Граница ТНЗ в массиве горных пород создаваемая разрывными нарушениями Д-Е и Е.

Контроль границы ТНЗ может быть осуществлен по данным натурных измерений напряжений по методике, приведенной в главе V настоящих Методических рекомендаций или по результатам анализа данных сейсмических наблюдений.