Изложенная теория, как видно, имеет непосредственное применение для решения основных вопросов эксплоатации месторождения: выбора способа выемки и нормирования горных работ. Однако этим применение ее не ограничивается. В частности, можно указать на вопросы, связанные с горным давлением.
Как известно, отжим угля в забое лавы является следствием опорного давления кровли. Величину этого давления можно регулировать изменением скорости под шгания забоя и ширины рабочего пространства (шага обрушения). При разных скоростях подвигания забоя и величинах шага обрушения в отдельных местах забоя может быть определена степень отжима угля, которая находится в прямой зависимости от добываемости. Таким образом, для данных условий могут быть установлены наиболее оптимальные для отжима значения указанных величин, влияющих на поведение данной кровли, а следовательно, и на величину горного давления.
Проводя с целью исследования в забое лавы передовую узкую выработку и определяя с помощью изложенного метода через известные расстоянля изменения степени добыпаемости угля, можно установить для данных условий закон изменения величины опорного давления на забой.
Определяя степень добываемости угля в рассечке при выемке угольного целика и оценивая тем самым степень отдавленности его, можно подойти к вопросу об установлении прочных размеров целиков.
Изложенная теория, очевидно, применима при исследований вопросов Дурения шпуров и скважин и т. п., словом, во всех случаях, когда приходится иметь дело с разрушением (добычей) горной породы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Целесообразно подойти к некоторым обобщениям изложенного в данной работе. Это позволит лишний раз подчеркнуть наличие основных принципов, на которых строится „Механика горных пород" как научная дисциплина и, кроме того, открывает дальнейшие перспективы исследований.
Изменения напряженного состояния массива горных пород в общем случае могут быть естественными и искусственными.
Естественные изменения состояния массива обязаны объемным силам, которые вызывают тектонические и связанные с ними процессы. Последними охватываются области массива, вообще говоря, весьма больших размеров. Если скорость протекания этих процессов велика, то типичной деформацией горных пород оказывается упругая деформация как, например, при затухающих колебательных движениях участков литосферы (сейсмические движения и др.). В этих случаях разрушения горных пород, если они имеют место, носят хрупкий характер. Наоборот, при весьма малых скоростях протекания указанных процессов типична пластическая деформация горных пород. С нею связано образование тектонических структур, вторичных структур и текстур при динамометаморфизме. Сюда относится также образование пликативных и дизъюнктивных форм. Область вопросов, связанных с естественными изменениями состояния литосферы, принадлежит геотектонике, структурной геологии и другим отделам геологии
Искусственные изменения состояния массива имгют место при проведении выработок, открытых н подземных, а также при горных работах.
Изменения состояния массива в результате проведения выработок обязаны, как и при естественных изменениях, объемным силам. Они относятся вообще к сравнительно небольшим областям массива, окружающим выработки. При этих изменениях состояния массива, типично проявление горного дтвления и соответствующих деформаций обнажений массива в выработках. Если эти деформации упругие, то обнажения массива отзываются устойчивыми. Наоборот, если эти деформации выходят за предел упругости, то состояние обнажения является неустойчивым. В таких случаях требуется рудничная крепь.
Изменения состояния массива при горных работах обязаны поверхностным силам, прикладываемым с помощью горных инструментов и машин, а также взрывчатых веществ. Эти изменения относятся к еще более меньшим областям массива, примыкающим к поверхности забоя, и приводят к конеч^м деформациям—разрушению горных пород в целях добычи. Для того, чтобы этот процесс был наиболее эффективным, применяются скорости деформации, приводящие к хрупкому разрушению.
Все вопросы, связанные с искусственными изменениями состояния массива горных пород, принадлежат к механике горных пород.
Из всего указанного видно, что, несмотря на исключительные различия в характере действия сил, их величине и в формах процессов, деформации горных пород остаются одними и теми же. Это —■ упругие, остаточные (пластические) и конечные деформ?ции. Последние приводят к нарушению структуры, к разрушению породы.
13 п М. Цимбиревич 177
>
Общий же ход процесс^ и его форма в основном 6пред«ля*®тся размерами областей или участков, которые охватываются процессом и скоростью последнего. i -
При естественных изменениях состояния массива большую роль играет температура. Это приводит к тому, что деформация пород обычно сопровождается изменениями минерального состава их. Такие особенности отсутствуют при искусственных изменениях состояния массива. Здесь «алицо исключительно механические результаты.
Естественные изменения состояния массива, как было уже отмечено, относятся к большим областям и участкам литосферы. При сравнительно небольших импульсах здесь сглаживаются влияния различий в строении и сложении пород, их стратиграфии и т. п. и на первый план выступают общие или, если можно так выразиться, обобщенные свойства массива, которые и характеризуют его как квазиодиородную и квазизотропную среду. Следствием этого является то, что неоднородность напряженного состояния не получает где-либо отчетливого проявления и представляется в значительной мере сглаженной. Поэтому при соответствующих условиях здесь и регистрируются упругие деформации, как, например, при сейсмических процессах.
Однако большее значение имеют деформации за пределом упругости. Они сводятся к остаточным (пластическим) и конечным. Первые преобладают там, где малы скорости деформации (длительное действие сил). Вторые же имеют место при исчерпании пластических свойств породы или при больших скоростях деформации, когда имеются условия для хрупкого разрушения.
При малой скорости деформации и длительном действии сил появляются условия для местного проявления неоднородности напряженного состояния, зависящего от строения и сложения массива. Поэтому в отдельных местах его обнаруживаются пластические деформации, относящиеся ие только к области в целом (пликативные формы), но и к отдельным весьма малым ее частям (текстурные изменения в породах).
Наличие в массиве пустоты (подземной горной выработки) определяет вокруг ее концентрацию напряжений, и так как эта последняя распространяется на сравнительно малую область, то здесь все отчетливее и явственнее проявляются местные влияния (неоднородность строения и сложения пород и т. п.) и неоднородность напряженного состояния приобретает все большее значение. Поэтому упругие деформации обнажения массива в выработке могут быть отмечены лишь при особо благоприятном сочетании всех влияющих факторов. Чаще же всего наблюдаются деформации обнажения, остаточные и конечные. *
При добыче горных пород к массиву (к забою) прикладываются поверхностные силы, главным образом динамические. Здесь область действия этих сил является еще более ограниченной, чем в предыдущем случае. Неоднородность напряженного состояния приобретает поэтому здесь еще большее значение.
Таким образом, имеем весьма широкий диапазон размеров областей массива, на которые распространяются механические процессы, и такой же диапазон скоростей деформаций. При этом все многообразие в проявлении физико-механических свойств горных пород сводится в конечном итоге к хрупкому разрушению или пластической деформации, другими словами, — к проявлению прочности горных пород при тех или иных условиях.
При разработке месторождений полезных ископаемых ""имеют место по существу две основные задачи: поддержать выработки в безопасном состоянии и осуществить добычу полезного ископаемого с возможно более высоким экономическим эффектом. Первая задача в настоящее время сводится к управлению горным давлением, а вторая— к рациональной механизации горных работ при соответствующей организации их.
Управление горным давлением непосредственно связано с проблемой устойчивости обнажений массива в выработках и в конечном счете сводится к недопущению в боковых породах критических напряжений, приводящих к конечным деформациям. Наоборот, при добыче горных пород (полезных ископаемых) используются все средства для того, чтобы именно такие напряжения получить возможно более простым путем и с затратою по возможности наименьшей работы Эти напряжения получаются в областях весьма малых по сравнению с областью горного давления. Поэтому процесс добычи нормально не должен влиять на устойчивость выработок. Однако с увеличением области воздействия горных работ (применение, например, весьма глубоких шпуров с большими зарядами) неизбежно усложнение процесса управления горным давлением. Получение здесь приемлемых соответствий — одна из ближайших задач
Одним из эффективных средств управления горным давлением является рудничная крепь. На своем месте в данной работе было освещено состояние вопроса о горном давлении и рудничной крепи, а также было д&но решение этого вопроса в общей форме с помощью теории, названной общей теорией горною давления. Однако требуются еще дальнейшие исследования с целью получения более подробных аналитических формулировок.
Добыча горной породы (полезного ископаемого) дает наилучший экономический эффект при увеличении ее добываемости, т е. при уменьшении количества работы, приходящейся при добыче на единицу объема породы в единицу времени. В этом отношении дальнейший прогресс возможен, по мнению автора этой работы, при условии создания теории работы исполнительного органа горной машины Конечные результаты такой теории должны включать аналитические зависимости между механическими характеристиками горной породы и параметрами (механическими, геометрическими и др.) самого исполнительного органа.
Наконец, нужно упомянуть об одной области вопросов, в которой проблемы горного давления и добываемости горных пород наиболее тесно связываются друг с другом и требуют совместных более частных решений. Это — вопросы отжима или отдавливания полезного ископаемого. Эта область вопросов почти не затронута исследованиями
Из изложенного видно, что перед „Механикойгорных пород" стоит еще много задач
ЛИТЕРАТУРА
1. Г. Тиррель, Основы петрологии, перев. с англ., 1933.
2. Г. И Покровский, Исследования по физике грунтов, 1937.
3. А Я. X и н ч и н, Основные законы теории вероятности, 1927.
4. Л. Ландау и Е. Лившиц, Статистическая физика, 1940.
5. П. Н. Т в е р с к о й. Курс геофизики, 1940
6. Ш. Морэн, Физика земли, перев с франц, 1933
7. Б. Голицын, Лекции по сейсмометрии, 1912.
8. А На дай, Пластичность, перев. с англ., 1936
9. В. Д. К у з н е ц о в, Физика твердого тела, т. II, 1941.
10. А. А. Ильюшин, Изв. АН СССР, ОТН,*№ 4-5, 1945.
11. Теория пластической деформации, Рефераты докладов на 2-й сессии ЛенНИТО металлургов, 1941.
12. A. loffe, М. Kirpitschewa, М. Lewitzky, Zs. f. Phys, 1924, 22,286.
13. Я. И. Френкель, Теория твердых и жидких тел, 1934.
14. Пластичность. Физический словарь, т. V, 1939.
15. П. А Ребиндер, Твердость, Физический словарь, т. V, 1939.
16. И. П. Прокофьев, Теория сооружений, ч. 2, 1928.
17. Н. М. Г е р с е в а н о в, Основы динамики грунтовой массы, 1933.
18. Н А. Ц ы т о в и ч, Механика грунтов, 2-е изд , 1940.
19. Н Н. Be риги н, О текучести глин и глинистых грунтов, .Разведка недр*, № 8-9, 1938.
20. А. Раковский и Т. Полянский, .Жури. физ. химии", т. 2, вып. 15, 1931.
21. М. П. Вол а ров и ч, Применение методов исследования вязкости и пластичности в прикладной минералогии, Труды Ии-та прикл. минер., вып. 66, 1934.
22. В. Stoces, перев. с иемецк , .Горный журнал", №6—7, 1930
23. Н. А. Ц ы т о в и ч и М. И С у м г и н, Основания механики мерзлых грунтов, 1937.
24. Н. А. Цытович, Изв. АН СССР, серия геогр и геоф., т. IX, № 5—6, 1945.
25. А. В Пэк, Трещинная тектоника и структурный анализ, 1939.
26. М. В. Классе н-Неклюдов а. Пластические свойства и прочность кристаллов, 1933.
27. С. И. Губкин, Пластическая деформация металлов, 1935.
28. Е. Шмид и В. Боос, Пластичность кристаллов, в особенности металлических перев. с немецк , 1938.
29. Н. Н. Давиденков. Динамические испытания металлов, 1936.
30. П. М. Цимбаревич, Некоторые результаты исследования пластической деформации каменной соли, Труды Московск. горн, ии-та, вып. 6, 1941.
31. М. П. Вол ор о вич, Изв. АН СССР, отд. хим н. 6, 1940.
32. П. Бриджмен, Физика высоких давлений, перев. с англ. 1936. См. также сборн. Успехи физических наук, т. XXXI, вып. 1 и 2, 1947.
33. D. Griggs, journ. Geo!., 5, 44, 1936.
34. К arm an, Festigkeitsversuche unter allseitigen Druck, Z. v. d. L, 1911.
35. M. А. Усов, Структурная геология, 1940.
36. У. Грубенман и П Ниггли, Метаморфизм горных пород, пер. с немецк., 1933.
37. А. X а р к е р. Метаморфизм, перев с англ., 1937.
38. Ч. К Лизе, Структурная геология, перев. с англ., 1935.
39. Ю. А. Ж е м ч у ж н и к о в, Общая геология каустобиолитов, 1936.
40. Б. Уиллис и Р. Уилли с, Структурная геология, перев. с англ., 1932.
41. Г. А. Иванов, Кливаж (отдельности) в углях н вмещающих породах и нуги ere практического использования, ч. I, 1959.
4S. P. Б e л к. Структурные особенности изверженных горных пврод, перев. 1§4б.
43. Э. О г, Геология, перев. с франц., т. I, 1942.
44. К. Ende. „Gliickauf, 48—49, 1929.
45. Ю. И. Ягн, Сопротивление материалов, 1938. См. также — Баландин П. П. .Вестник инж. и техн.", № 1, 1937.
4В. Н. М. Б е л я е в, Теории пластических деформаций, Изв. АН СССР, ОТН, № 1,1937.
47. Hiitte, Справочная кннга, ч. I, 1921.
48. К. Терца г и, Инженерная геология, перев. с немецк., стр. 319, 1932.
49. М. Ф е р с т е р, Справочная книга для ннженероз-строителей, перев. с иемецк.. ч. 2, 1933.
50. Н. П. Г р и ш к о в а и В. А. Л а з а р я н, Об упругих постоянных и механических свойствах горных пород Донбасса, „Горный журнал", № 6, 1934.
51. Н. Н. Давиденков, Проблема удара в металловедении, 1936.
52. С. В. С е р е и с е н, Прочность металла и расчет деталей машин, 1937.
53. О. Wawrzlnlok, Handbuch der Materialpriifungswesens fur Maschinen und Bauin- geneuie, 1923, Dresden. Русский перевод в изд. „Оргаметалл", кн. 2, вып. IV, 1928.
54. С. П. Тимошенко, Курс сопротивления материлов, 1930.
55. П. А. Ребиндер, Л. А. Шрейиер и К. Ф. Жигач, Понизители твердости в бурении, 19 !4.
56. Г. И. Покровский и И. С. Федоров, Моделирование прочности грунтов 1939.
57. W. Crane, „Bureiu of Min Bull.", № 294, p. 46.
58. В. Феллениус, Сггпика грунтов, перев. с шведск., 1933.
59. Moulton, 'Iranst. of the Am. Inst of Min. and Met. Eng., т. XIII, p. 327—369.
60. В. К. Дм ox о вс кий, О наилучших формах земляных откосов, Труды Московск. ин-та инж. трансп., вып. II, 1926.
61. В. В. Соколовский, Статика сыпучей среды, 1912.
62. С. А. X р и с т и а н о в и ч, Плоская задача математической теории пластичности, Математический сбопник, нов. сер., т. I, вып. 4, 1935.
63. А. Н. Диниик, А. Б. Моргаевский и Г. Н. Савин, Распределение напряжений вокруг подъемных, горных выработок, Труды Совещания по управл. горным давлением, АН СССР, 1938.
64. Ф. С. Ясинский, Устойчивость деформаций, СПБ, т. 2, 1902.
65. С. Г. Л е х н и ц к и й, Определение напряжений в упругом изотропном массиве вбл зи вертикальной цилиндрической выра.Зотки кругового сечения, Изв. АН СССР, ОТН, № 7, 1938.
66. Л. Д. Ш е в я ков. Изв. АН СССР, ОТН, № 7-8 н 9, 1941.
67. G. Н i 1 d I с k-з m j th, Bull, of the Inst, of Min. and Met., November, 1914, № 469.
68. M. M. Протодьяконов, Материалы для урочного положения горных работ, ч. 2, отд. 1, 1926, стр. 13.
69. В. Д. С л ее а ре в, Вопросы управления кровлей, 1935.
70. Л. Г. Афеидик, .Горн, журн'., № о, 1938.
71. Ц. О. Л е в и н а н С. Г. М и х л и н, К вопросу о расчете напряжений в междукамерных целиках. Труды Сейсм. ин-та АН СССР, вып. 94, 3940.
72. Ц. О. Левина, Д.) полнюельные исследования напряжений в междукамерных целиках, труды Сейсм. ин-та АН СССР, вып. 108, 1941.
73. Е в д о к и м о в-Р о к о т о в ( к и й, Давление горных породи расчет тоннельных обделок, Темпе, 1627.
74. П. М. JI е о н т о в с к и й, Литература об обрушении и оседании пород в рудниках н о влиянии их на дневную поверхность, Екатеринослав, 1912.
75. Д. С. Ростовцев, Управление кровлей при разработке пологопадающих пла- "стов каменного угля, Харьков—Киев, 1935.
76. М. М. Протодьяконов, Давление горных пород и рудничное крепление, ч. 1, 1?3*
77. Q. Spackeler, „Gliickauf, 1928, стр. 873.
78. В. Т. Давидянц, Исследование движений боковых пород при разработке пологопадающих пластов каменного угля, Харьков, 1938.
79. Н. Briggs, .Colli ry Eng.", 1930, стр. 21.
80. Н. S с h m i d, Statishe Prob.eme des Tunnels und ihre gegenseitisen, Bezichungen, 1926. Beriin. к s a
8!.. П. M. Цимбаревич, Механика горных пород, 1934.
82. Справочник по каменноугольному делу, изд. Донугля, 1928, стр. 201,
83. П. М. Цимбаревич, Величина горного давления в горизонтальной выработке, .Горный журнал', № 3, 1933.
84. П. М. Ц и м б а р е в и ч, О величине горного давления в вертикальной выработке .Горный журнал', № 9, U-33.
85. А., Н. Дин ни к, О давлении горных пород и расчет крепи круглой шахты, „Инженерный работник", № 7, 1925.
86. П. М. Цимбаревич, Изв. АН СССР, ОТН, № 7, 1946.
Lil
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие Обо»«»чения
Глава I. ВВОДНЫЕ СВЕДЕНИЯ
§ 1. Предмет механики горных пород...........................................................................
§ 2. Связь со смежными дисциплинами.........................................................................
§ 3. Методы механики горных пород...............................................................................
§ 4. Горные породы как объект механики......................................................................
§ 5. Подразделение горных пород.................................................................................
Редактор проф Н. М. Покровский Техн редактор А Я Тихонов
Л54076. Сдано в произв 15.1Х 1947 г. Подписано к печати 30.1 1948 г.
Зак. тип. 548. Уч.-изд л. 18,5. Обьем 11,5 п. л. Форм. бум. 70X10?/^
Набрано в 13-й тип „Полиграфкника" ОГИЗа при Совете Министров СССР.
Москва, Денисовскии, 30. Отпечатано во 2-й тип Углетехиздата, Министерства угольной промышленности восгочвых райоюв СССР. Москва, Давыдовский, 4.
5. Наиболее деформируемыми в поперечном (по отношению к
направлению действующего усилия) направлении были при растяже
нии породы № 3 и № 5 и при сжатии — породы № 4 и № 5. Средние значения коэфициента Пуассона даны в табл. 15.
9. Испытанные горные породы имели при простых напряженных состояниях значительную область пластической деформации. Эта последняя не представляла собою типичного течения пластической массы, а протекала с значительным упрочнением. Типичная кривая пластической деформации испытанных пород включает пологие участки с чередующимися более крутыми участками. Пологие участки отвечают вступлению в процесс пластической деформации новых площадок сдвига и развитию сдвигов по действующим площадкам, более же крутые участки—упрочнению. Волнистое погасание, обнаруживаемое при исследовании деформированных образцов в поляризовав- ном свете, позволяет считать, что площадки сдвигов при деформации образцов изгибаются. Скольжение по изогнутым площадкам, а также вег роятное наличие на них мельчайших осколков определяют в целом упрочнение.
6 Г М Цимбарснич
6- 83
[1] Общий ход упругой деформации представляется плавной кривой, обращенной выпуклостью кверху или книзу; в этом отношении каких-либо закономерностей не наблюдается.