книги из ГПНТБ / Дудушкина, К. И. Деформационные свойства пород глубоких горизонтов

В табл. 7 и 8 представлены параметры ползучести слабых пород и углей шахты им. Ворошилова, полу­ ченные на основе методики испытания на изгиб. Уровень ползучести при нагружении параллельно слоистости, как правило, выше, что объясняется осо­ бенностями пластического деформирования в проти­ воположном направлении. Упругие параметры углей с глубиной возрастают.

С о п о с т а в л е н и е л а б о р а т о р н ы х и на ­ т у р н ы х п а р а м е т р о в п о л з у ч е с т и проводится для распространения на массив полученных данных. Совместно с Сибирским филиалом ВНИМИ был про­ веден эксперимент на шахте «Черная гора», где в отрелаксированном элементе массива устанавлива­ лись станции для длительного нагружения. В крае­ вой части пласта в вырезанной нише устанавливались гидродомкраты, распирающие выработку с заданной реличиңой постоянного давления во времени. Изме-

61

Т а б л и ц а 7

Параметры ползучести пород поля шахты им. Ворошилова

рение деформаций краевой части пласта вдоль и по­ перек действия нагрузки производили над и под дом­ кратами с помощью индикаторов часового типа, укрепленных на реперах, забитых в зоне действия аппаратуры. Длина базы измерения 250 мм. Перво­ начально определялась прочность краевой части пла­ ста при нагружении со скоростью 3—5 кгс/см2-сек.

Для определения простой ползучести угля в на­ турных условиях угольный элемент массива нагру­ жали в четырех опытах нагрузками, составляющи­ ми 30,45, 70 и 82% разрушающей, равной 175 кгс/см2. Из кусков угля, выпиленных при проведении ниш, образцы в виде балок были испытаны в лаборатории (табл. 9). Совпадение результатов довольно хорошее.

Натурные испытания проводились при неизвест­ ных величине и направлениях напряжений, существо­ вавших в элементе массива до и после его обна­ жения. За показатель приемлемости исходных дан­ ных брались отношения поперечных деформаций к продольным. Расчет произведен по методике

62

Т а б л и ц а 8

Параметры ползучести углей поля шахты им. Ворошилова

Ж. С. Ержанова. Изменение параметров ползучести связано с рядом факторов, к которым можно причис­ лить различную способность к пластическим дефор­ мациям пород. Свойство ползучести пород есть про­ явление упругопластического последействия во вре­ мени в результате движения зон пластического со­ стояния вслед за перемещением зон с различной кон­ центрацией напряжений.

ном изгибе балки сосредоточенной нагрузкой упругая

где f(x ) — прогиб на расстоянии х от опоры вдоль пролета; Р — нагрузка; Е и / — модуль упругости и момент инерции сечения.

63

Т а б л и ц а 9

Параметры ползучести углей пласта Мощного шахты «Черная гора» (он = 52 кгс/см2)

Для сечений, находящихся на расстоянии х ^ 0 ,3 /, последним членом можно пренебречь. Тогда

где Ѳ— угол наклона данной аппроксимированной линии.

На основе сделанных допущений граничные усло­ вия для упругой и пластической зон следующие:

h*i) _ *i /(Щ *2

64

(т

66

не возвращается в упругую зону. При нагружении (поз. а) балки угля размером І Х І Х 3 2 см пластиче­ ская зона возникает между опорой и сечением х и а в месте приложения нагрузки деформация незначитель­ ная (кривая 5). Во времени (поз. б) пластическая де­ формация у опоры увеличивается, а в середине про­ лета снижается (кривая 6). При разгрузке (поз. в и г) пластическая зона смещается в сторону опор. При нагружении балки песчаника размером 2X2X35,4 см поведение ее чисто упругое (кривая 1), однако во вре­ мени (поз. б) позникают пластические зоны у опор и в месте приложения нагрузки (кривая 7). При разг­ рузке (поз. в и г) пластическая зона сокращается с общей тенденцией возврата породы в упругое состоя­ ние (кривая 8). Следовательно, из-за неоднородности свойств и анизотропии порода переходит в пластиче­ ское состояние в локальных зонах, не обязательно приуроченных к местам концентрации напряжений. Во времени происходят смещение и рост пластиче­ ских зон, порождая эффект ползучести.

Определение реологических свойств пород вдавливанием штампа

Реологические свойства контакта двух твердых тел рассматривались при описании механического по­ ведения плексигласа и полимеров ФК-16Л, 6КХ-1. При этом получен интересный результат: форма индентора практически не влияет на численные значе­ ния реологических коэффициентов. В инженерной практике широкое применение находит закон дефор­ мирования в дифференциальной форме, предполагаю­ щий простую зависимость между напряжением, де­ формацией и временем (аналогично описанию пове­ дения модели Томсона — Ишлинского, Бюргерса и др.). Используются методы операционного исчисле­ ния с привлечением преобразования типа Лапласа — Карсона. Более гибкие соотношения можно получить на основании исследования интегралов Больцма­ на — Вольтерра, если располагать параметрами функ­ ции наследственности. Хорошее совпадение расчет­ ных данных с экспериментальными дает применение

5 ( a ) — функции Ю. И. Работнова и аппроксимации М. И. Розовского.

Была проведена серия опытов на угольных образ­ цах вдавливанием плоского штампа в условиях пол­ зучести и релаксации. Кривые обрабатывались с за­ меной упругих постоянных временными операторами. Зависимость между нагрузкой Р и перемещением плоского штампа / представляется как

либо затруднений; опыты можно проводить на про­ стейших рычажных приборах. Расчетные параметры ползучести а сравнивались с параметрами, получен­ ными при испытании на ползучесть изгибом угольных балок из той же пробы, и дали хорошее совпадение.

Величина деформации, определяемая вторым па­ раметром б, при вдавливании (т. е. в сложном напря­ женном состоянии) в два раза превышает одноосную, что естественно. Очевидно, что склонность породы к пластическому течению сказывается на параметрах ползучести. В табл. II представлены параметры пол­ зучести алевролитов и песчаников поля шахты «Кок­ совая», полученные методом вдавливания. Деформа­ ции алевролитов, определяемые приведенными сред­ ними значениями параметров, в полтора раза превы­ шают деформации песчаников. В пределах каждой разновидности пород относительная деформация тем выше, чем больше содержание глинистых фракций в

08

Т а б л и ц а 11

Параметры ползучести пород поля шахты «Коксовая»

цементе. Если полученные параметры перевести при­ менительно к одноосной ползучести, то их величины для пород поля шахты «Коксовая» значительно мень­ ше, полученных по полю шахты им. Ворошилова (табл. 12). Однако пробы последних приурочены к более слабым и пластичным породам на контурах выработок, в то время как для пород больших глу­ бин характерны некоторые признаки метаморфиче­ ских изменений.

Для оценки влияния различных факторов на про­ явление пластических деформаций в разных условиях

69

Т а б л и ц а 12 Параметры ползучести углей пласта ІИ Внутреннего

шахты им. Ворошилова

П р и м е ч а л и е. Параметры а и 6 в знаменателе Д аны Д ля о б р атн о іі ползучести.

70