ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Напряжения и деформации горных пород вокруг подземных выработок на больших глубинах часто имеют осцилляционный периодический характер, а разрушение в ряде случаев имеет зональную форму, известную в литературе как "зональная дезинтеграция".

Установленное в экспериментах нарушение монотонности деформирования пород в окрестности горных выработок, локализация разрушения на дискретных участках массива (зонах) затрудняет описание такого поведения пород на основе классических моделей механики сплошной среды. В последние годы для описания явления успешно применяются калибровочные модели механики дефектных сред, однако закономерности развития зональной структуры разрушения до настоящего времени не исследовались.

Не разработаны также эффективные конструкции постоянной крепи горных выработок для условий зонального разрушения массива. Существующие предложения по применению ряда модификаций анкерной и многослойной крепи с податливым слоем либо не технологичны, либо не позволяют регулировать процессы зонообразовання.

Решение задачи установления закономерностей зонального разрушения массива горных пород вокруг подземных выработок и разработки конструкций крепи для этих условий имеет важное значение для развития строительной гсотехнологии.

Работа выполнялась при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований РФФИ (грант №01-05-651180), Минобразования РФ (№ГБ53.1.6.02/1), а также хоздоговорных тем с предприятиями горно-строительной отрасли РФ, проведенных с участием автора в 2000-2004 гг.

Цель работы заключается в разработке эффективных конструкций крепи подземных выработок для условий зонального деформирования и разрушения массива горных пород на основе исследования закономерностей этого явления.

Основная идея работы заключается в натурном экспериментальном исследовании закономерностей зонального деформирования сильно сжатого массива горных пород, применении в аналитических исследованиях зонального разрушения массива математических моделей механики дефектных сред для обоснования новых эффе>сгивных конструкций крепи горных выработок для этих условий.

Методы исследовании включают натурные экспериментальные исследования деформирования и разрушения массива горных пород вокруг подземных выработок, аналитические методы механики сплошной среды с дефектами и механики разрушения, патентные проработки.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новнзна:

установлены закономерности зонального разрушения и деформирования горных пород вокруг подземных выработок, заключающиеся в том, что с ростом напряжений в массиве число зон разрушения возрастает, возрастает радиальная протяженность этих зон, а радиальная протяженность промежуточных зон убывает;

установлено, что сопротивление крепи существенно влияет на развитие зонального разрушения массива вокруг подземных выработок, что обусловлено взаимодействием крепи и массива горных пород,

разработаны конструкции крепи подземных выработок для условий развивающегося вокруг них зонального разрушения пород, отличающиеся тем, что податливый внешний слой крепи имеет регулируемое сопротивление, в том числе активное, а внутренний слой представляет собой замкнутое кольцо жесткой крепи, обеспечивающей устойчивость горной выработки в течение заданного срока службы.

Достоверность научных положений и выводов обеспечена: полным удовлетворением граничных условий выбранного аналитического решения задачи механики^о(орошнм согласованием результатов теоретических и экспериментальных исследований (отклонение не более 24%), получением положительных решений по заявленным патентным разработкам.

Научное значение работы заключается в установлении закономерностей зонального деформирования и разрушения горных пород в сильно сжатом массиве вокруг подземных выработок и использование этих закономерностей для обоснования конструкций крепи.

Практическое значение и реализация работы заключаются в разработке конструкций крепи подземных выработок для условий зонального деформирования и разрушения массива горных пород. Установленные в ходе экспериментальных и аналитических исследований закономерности создают основу для совершенствования и разработки новых технологий сооружения подземных горных выработок в условиях больших глубин.

Результаты диссертационной работы использованы ООО "ДВГСК- Центр" для разработки технологии проведения тоннелей в условиях сильно нарушенных пород.

Апробация работы. Основные научные положения и результаты работы докладывались на конференциях «Проблемы освоения георесурсов российского Дальнего Востока и стран АТР» (г. Владивосток, 2000, 2002, 2004 гг.), "Геодинамика и напряженное состояние недр Земли" (Новосибирск, 2003), "Проблемы подземного строительства в XXI веке" (г.Тула, 2004).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.