Натурные методы изучения свойств массива горных пород

Прямые (натурные) методы дают наиболее достоверную информацию о свойствах массива горных пород и в этом смысле являются эталонными. Однако чаще всего они отличаются высокой трудоемкостью и имеют ряд негативных особенностей. Наиболее просто и теми же методами, что и в лабораторных условиях, определяются характеристики горных пород, свя­занные с распространением энергии. К ним можно отнести: скорость про­дольных и поперечных упругих волн, тепло- и температуропроводность, диэлектрическую проницаемость, электропроводность и т.п. При этом, по­скольку сигнал распространяется в реальном массиве, измеренные пара­метры отражают как влияние физических полей, так и строение массива. По скорости распространения упругих волн могут быть вычислены динамические упругие характеристики массива.

Рис.8.1. Нагружение массива горных пород: 1 -целик,2-нагрузочные плиты, 3-система гидродомкратов

В шахтных условиях широко используются пенетрационные методы, основанные на внедрении в поверхность массива различного рода инденторов (штампов). Прежде всего таким методом определяется контактная прочность пород. Кроме того, если в процессе внедрения штампа фикси­ровать напряжения и деформации, то после соответствующего пересчета можно оценить упругие и пластические свойства пород. В последнем слу­чае, поскольку масштаб воздействия очень мал, определяются свойства не массива в целом, а горных пород в массиве.

Наибольшей трудоемкостью отличаются методы определения проч­ностных и деформационных свойств массива. Идея методов состоит в создании напряжений в элементах массива, отделенных щелями или выработками от окружающих пород. Прочность при сжатии может быть определена по следующей схеме (рис.8.1). Если па испытываемый целик устано­вить реперы и в ходе нагружения с помощью маркшейдерских приборов измерять деформацию породы, то можно построить деформационную кривую и оценить упругие и пластические Свойства массива.

Рис. 8.2. Схема построения паспорта прочности массива горных пород

Важнейшей характеристикой массива является его паспорт прочности. Для построения огибающей кругов предельных напряжений проводят испытания по схеме, представ­ленной на рис.8.2. В результате испытаний на срез со сжатием получают значения разрушающего напряжения при сдвиге породы по линии под уг­лом. Различные значения углов сдвига получают путем изменения гео­метрических размеров ниши, в которой устанавливают гидродомкраты. Процедура испытаний и построения паспорта прочности ясна из рисунка. Трудоемкость методов связана как со сложностью самой организации экс­перимента, так и с необходимостью вручную (на отбойный молоток) вы­рубать в горной породе щели, оконтуривающие испытываемый объем мас­сива. При этом надо учитывать, что подготовленный к испытаниям целик уже частично разгружен и не в полной мере представляет весь массив гор­ных пород.