О влиянии пространственной изменчивости прочности пород на удароопасность породных массивов
Б.Т. Ильясов1, И.А. Ожиганов2, А.В. Трофимов3
1 ООО «Скиентия», г. Уфа, Российская Федерация
2 Уральский филиал АО «ВНИМИ», г. Екатеринбург, Российская Федерация
3 ООО «Институт Гипроникель», г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
Горная Промышленность №6 / 2024 стр. 74-82
Резюме: Существующие критерии и методы прогноза опасности горных ударов недостаточно надежны. Горные удары происходят не на всех месторождениях, которые отнесены к склонным и опасным по горным ударам согласно действующей нормативной документации. В связи с этим в статье сформулирована необходимость исследования условий удароопасности массивов горных пород, а не только образцов пород. В статье сформулирована гипотеза о влиянии однородности массива горных пород на его хрупкость и удароопасность. Перечислены предыдущие исследования, подтверждающие данную гипотезу. Описан мысленный эксперимент, объясняющий, как однородность массива может влиять на его хрупкость и удароопасность. Предложена оценка однородности породного массива по коэффициенту вариации прочности на одноосное сжатие и растяжение в локальных областях массива. Проведено исследование корреляции коэффициентов вариации прочности с удароопасностью массивов горных пород, для чего собраны фактические данные по 44 разновидностям пород с 18 различных объектов ведения горных работ. Сделаны выводы о наличии зависимости удароопасности массива от коэффициентов вариации. Предложены величины коэффициента вариации, которые свидетельствуют об опасности ударов на месторождении. Выполнен анализ влияния других факторов на коэффициент вариации и опасность горных ударов.
Ключевые слова: горный удар, удароопасность, однородность, изменчивость, прочность, горные породы, коэффициент вариации, хрупкость горных пород, критерий удароопасности
Благодарности: Авторы выражают глубокую признательность Макарову Александру Борисовичу, Киркину Александру Павловичу, Кузнецову Николаю Николаевичу за конструктивную дискуссию по теме статьи и содействие в сборе фактического материала.
Для цитирования: Ильясов Б.Т., Ожиганов И.А., Трофимов А.В. О влиянии пространственной изменчивости прочности пород на удароопасность породных массивов. Горная промышленность. 2024;(6):74–82. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-6-74-82
Информация о статье
Поступила в редакцию: 22.09.2024
Поступила после рецензирования: 18.11.2024
Принята к публикации: 25.11.2024
Информация об авторах
Ильясов Булат Тагирович – кандидат технических наук, технический директор, ООО «Скиентия», г. Уфа, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Ожиганов Иван Андреевич – заместитель директора, Уральский филиал АО «ВНИМИ», г. Екатеринбург, Российская Федерация
Трофимов Андрей Викторович – кандидат технических наук, заведующий лабораторией геотехники, ООО «Институт Гипроникель», действительный член Академии горных наук, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Список литературы
1. Козырев А.А., Кузнецов Н.Н., Макаров А.Б. О критериях удароопасности горных пород. Горная промышленность. 2023;(S1):61–68. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-S1-61-68 Kozyrev A.A., Kuznecov N.N., Makarov A.B. On criteria of rockburst hazard. Russian Mining Industry. 2023;(1 Suppl.):61–68. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-S1-61-68
2. Askaripour M., Saeidi A., Rouleau A., Mercier-Langevin P. Rockburst in underground excavations: A review of mechanism, classification, and prediction methods. Underground Space. 2022;7(4):577–607. https://doi.org/10.1016/j.undsp.2021.11.008
3. Петухов, И.М., Линьков, А.М. Механика горных ударов и выбросов. М.: Недра; 1983. 280 с.
4. Griffith A.A. The phenomena of rupture and flow in solids. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A. 1921;221:163–198. https://doi.org/10.1098/rsta.1921.0006
5. Wawersik W.R., Fairhurst C. A study of brittle rock fracture in laboratory compression experiments. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. 1970;7(5):561–575. https://doi.org/10.1016/0148-9062(70)90007-0
6. Brady B.H., Brown E.T. Rock mechanics: For underground mining. Springer Science & Business Media; 2006. 628 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-2116-9
7. Tang C.A., Kaiser P.K. Numerical simulation of cumulative damage and seismic energy release during brittle rock failure – Part I: Fundamentals. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 1998;35(2):113–121. https://doi.org/10.1016/S0148-9062(97)00009-0
8. Manouchehrian A., Cai M. Influence of material heterogeneity on failure intensity in unstable rock failure. Computers and Geotechnics. 2016;71:237–246. https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2015.10.004
9. Tan Y.-L., Guo W.-Y., Gu Q.-H., Zhao T.-B., Yu F.-H., Hu S.-C., Yin Y.-C. Research on the rockburst tendency and ae characteristics of inhomogeneous coal-rock combination bodies. Shock and Vibration. 2016:9271434. https://doi.org/10.1155/2016/9271434
10. Ильясов Б.Т. Прогнозирование деформаций массивов горных пород с применением ПК «Prorock». Проблемы недропользования. 2018;(1):39–51. https://doi.org/10.25635/2313-1586.2018.01.039 Ilyasov B.T. Prognostication of rock mass deformations with using «Prorock» software. Problems of Subsoil Use. 2018;(1):39– 51. (In Russ.) https://doi.org/10.25635/2313-1586.2018.01.039
11. Кубрин С.С., Шек В.М. Геоинформационные системы для исследования опасных горнодинамических явлений. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2013;(S5):103–112. Kubrin S.S., Shek V.M. Geographic information system for the study of dangerous mountain dynamic phenomena. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2013;(S5):103–112. (In Russ.)
12. Jiang Q., Zhong S., Cui J., Feng X.-T., Song L. Statistical characterization of the mechanical parameters of intact rock under triaxial compression: An experimental proof of the Jinping marble. Rock Mechanics and Rock Engineering. 2016;49(12):4631– 4646. https://doi.org/10.1007/s00603-016-1054-5
13. Deng J., Li S., Jiang Q., Chen B. Probabilistic analysis of shear strength of intact rock in triaxial compression: a case study of Jinping II project. Tunnelling and Underground Space Technology. 2021;111:103833. https://doi.org/10.1016/j.tust.2021.103833
14. John M. Study of Rock Burstability with Mechanical Property Testing and Microscopic Image Analysis [M.S. thesis]. McGill University (Canada); 2022.
15. Herget G., Oliver P., Gyenge M., Yu Y.S. Strength of a mine pillar at Copper Cliff South Mine. Mining Science and Technology. 1984;2(1):1–16. https://doi.org/10.1016/S0167-9031(84)90158-0
16. Bewick R.P., Amann F., Kaiser P.K., Martin C.D. Interpretation of UCS test results for engineering design. In: ISRM Congress 2015 Proceedings – Int’l Symposium on Rock Mechanics, 2015, pp. 1–14.
17. Zou C., Wong L.N.Y. Experimental studies on cracking processes and failure in marble under dynamic loading. Engineering Geology. 2014;173:19–31. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2014.02.003
18. Wong L.N.Y., Zou C., Cheng Y. Fracturing and failure behavior of Carrara marble in quasistatic and dynamic brazilian disc tests. Rock Mechanics and Rock Engineering. 2014;47(4):1117–1133. https://doi.org/10.1007/s00603-013-0465-9
19. Košťák B., Bielenstein H.U. Strength distribution in hard rock. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. 1971;8(5):501–521. https://doi.org/10.1016/1365-1609(71)90015-3
20. Лабазина А.А. Определение физико-механических свойств горных пород 12 блока 18 ЮВП шахтного поля СКРУ-3 ВКМКС. В кн.: Файнбург Г.З., Литвиновская Н.А. (ред.) Актуальные проблемы охраны труда и безопасности производства, добычи и использования калийно-магниевых солей: материалы 2-й Междунар. науч.-практ. конф., г. Пермь, 21–22 окт. 2021 г. Пермь; 2021. С. 138–145.
21. Барях А.А., Асанов В.А., Паньков И.Л. Физико-механические свойства соляных пород Верхнекамского калийного месторождения. Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та; 2008. 199 с.
22. Gill D.E. Uniaxial compression as an element in a classification of rocks [M.S. thesis]. McGill University (Canada); 1963. 188 p.
23. Филатов В.В., Болотнова Л.А. О сейсмичности Верхнекамского месторождения калийных солей. Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2020;(1):60–67. https://doi.org/10.21440/0536-1028-2020-1-60-67 Filatov V. V., Bolotnova L. A. On the seismic activity of the Upper Kama potassium salt deposit. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Gornyi Zhurnal. 2020;(1):60–67. (In Russ.) https://doi.org/10.21440/0536-1028-2020-1-60-67
24. Маловичко Д.А. Изучение механизма Соликамского землетрясения 5 января 1995 года. Физическая мезомеханика. 2004;7(1):75–90. https://doi.org/10.24411/1683-805X-2004-00209 Malovichko D.A. The study of mechanism of the January 5, 1995 Solikamsk earthquake. Fizicheskaya Mezomekhanika. 2004;7(1):75–90. (In Russ.) https://doi.org/10.24411/1683-805X-2004-00209
25. Зайцев Д.В., Кочанов А.Н., Токтогулов Ш.Ж., Пантелеев И.А., Панфилов П.Е. Влияние масштабного эффекта и неоднородности горных пород при определении их прочностных свойств. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016;(11):208–215. Zaytsev D.V., Kochanov A.N., Toktogulov Sh.Zh., Panteleev I.A., Panfilov P.E. Influence of scale effect and heterogeneity of rocks to determine their strength properties. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2016;(11):208–215. (In Russ.)
26. Кузнецов Н.Н. К вопросу об определении количества опытов, надежности и точности результатов при изучении физико-механических свойств горных пород. Вестник МГТУ. Труды Мурманского государственного технического университета. 2015;18(2):183–191. Режим доступа: https://vestnik.mauniver.ru/v18_2_n61/03_Kuznetsov_183-191.pdf (дата обращения: 14.10.2024). Kuznetcov N.N. On the question of determining the amount of experiments, reliability and accuracy of the results in the study of physical-mechanical properties of rocks. Vestnik of MSTU. 2015;18(2):183–191. (In Russ.) Available at: https://vestnik.mauniver.ru/v18_2_n61/03_Kuznetsov_183-191.pdf (accessed: 14.10.2024).
27. Pepe G., Cevasco A., Gaggero L., Berardi R. Variability of intact rock mechanical properties for some metamorphic rock types and its implications on the number of test specimens. Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 2017;76:629–644. https://doi.org/10.1007/s10064-016-0912-4
