Закономерности образования отрывных трещин в горных породах вблизи выработок на больших глубинах

Актуальность работы. Добыча твердых полезных ископаемых в настоящее время и, в значительной степени, в перспективе связана с разработкой месторождений на больших глубинах [24]. Проблемы эффективности, безопасности, экологии горного производства на больших глубинах необходимо решать в рамках общего научного подхода к освоению природных богатств [136]. Среди горных наук, составляющих базу такого подхода, важное место занимает горная геомеханика [ 9,10,27,79,168,188].

Изучение геомеханических процессов, происходящих в массиве горных пород при разработке ископаемых, должно способствовать созданию новых схем добычи [24,43], разработке аналитических и инструментальных методов контроля и прогноза геомеханических явлений [51,68,69,113]. С помощью теории и практики горной геомеханики может быть разработана технология управления геомеханическими процессами в соответствии с общей концепцией освоения недр [17,23,25].

В связи с разработкой месторождений на больших глубинах особую актуальность приобретают проблемы обеспечения устойчивости очистных и подготовительных выработок. На больших глубинах новый фактор начинает играть определяющую роль в устойчивости горных геоконструкций. С глубиной увеличивается природное горное давление в массиве пород, поэтому наибольшее главное напряжение в элементах горных геоконструкций превосходит прочность пород на одноосное сжатие. Это является причиной возникновения процесса трещинообразования в горных породах — образования новых (наведенных) трещин под влиянием перераспределения горного давления вблизи выработок. Наведенная трещиноватость массива горных пород существенно изменяет трещинную структуру массива вблизи выработок, следовательно, его реакцию на природные и техногенные воздействия.

Если напряженному состоянию и деформациям массива уделяется большое внимание как в фундаментальных, так и прикладных исследованиях, то вопросы образования наведенной трещиноватости вблизи выработок и проявления этой трещиноватости остаются часто на втором плане. Теоретически они мало изучены, хотя в нашей стране, а также в ЮАР, США, Канаде и ряде других стран накоплен достаточный натурный материал для развития соответствующих фундаментальных и прикладных исследований. Данные полевых наблюдений и шахтные эксперименты подтверждают влияние наведенной трещиноватости на устойчивость выработок и ее участие в разнообразных проявлениях гррного давления в выработках и скважинах.

Таким образом, есть весомые основания ожидать, что изучение условий образования и проявлений наведенной трещиноватости в массиве горных пород может способствовать появлению новых идей в разработке мероприятий по повышению устойчивости выработок и предотвращению опасных динамических проявлений горного давления, а также в создании новых способов добычи, учитывающих геомеханические особенности больших глубин.

Наведенные трещины в массиве горных пород условно можно разделить на трещины сдвига и отрыва. Природа образования наведенных сдвиговых трещин достаточно ясна: рост трещин вызывают касательные напряжения. Природа образования отрывных трещин в сжатых массивах долгое время оставалась непонятной. Сначала было установлено, что даже в сильно сжатом массиве горных пород вблизи выработок определенной конфигурации могут образовываться локальные области растягивающих напряжений и в этих областях может происходить расслоение массива.

Однако из шахтных наблюдений и экспериментов следовало, что на больших глубинах отрывные трещины могут образовываться в горном массиве вблизи выработок и скважин даже при отсутствии растягивающего напряжения. Развитие отрывных трещин при сжатии — парадоксальное явление. У многих исследователей оно до сих пор вызывает недоумение, поскольку не ясно, что же является движущей силой развития трещин.

Непонимание механизма развития отрывных наведенных трещин в сжатых породах, отсутствие теории и соответствующих модельных разработок сдерживают развитие прикладных исследований, в рамках которых можно было бы количественно описать закономерности образования трещин, установить связь между параметрами зон разрушения и напряжениями в массиве, определить структуру наведенной трещиноватости и таким образом способствовать практическому решению проблемы устойчивости выработок на больших глубинах.

Настоящая работа в главной своей части посвящена фундаментальным исследованиям развития наведенных отрывных макротрещин в горных породах, находящихся в условиях всестороннего сжатия. (Макротрещинами мы будем здесь называть трещины, длина которых на порядок превышает характерный размер микроструктурных неоднородностей. В горных породах обычно это трещины длиной несколько сантиментов и более). В работе рассматриваются вопросы теории и моделирования процесса трещинообразования, а также управления этим процессом. Рассматриваются также методы практической оценки устойчивости выработок для тех случаев, когда отрывное разрушение вызвано растяжением массива, причем это разрушение связано с проявлением естественной трещиноватости массива.

Диссертационная работа выполнялась в рамках исследований ИПКОН РАН (АН СССР) по заданиям ГКНТ, РАН (АН СССР), МЦМ СССР: «Разработка методов расчета напряженно-деформированного состояния массива горных пород и параметров систем разработки месторождений по фактору горного давления 1974;78 гг.» (Пост. ГКНТ 26/Х1- 76 N 430, Расп. АН СССР 2/Н-77 N 10 103−258) — «Научные основы создания системы прогноза и контроля напряженного состояния массива при разработке рудных месторождений на больших глубинах 1979;81 гг.» (Пост. ГКНТ 27.VII.78 г. N 367, МЦМ и АН СССР 6.У.78 г. N 230/45) — «Исследование физических процессов проявления горного давления при разработке месторождений твердых полезных ископаемых на больших глубинах 1988;88 гг.» (Проток. АН и МЦМ СССР 06.12.83 N 154/85) — «Исследование закономерностей проявления горного давления и сдвижения горных пород и массивов 1994;96 гг.» (Расп. РАН 21/07/93 N 10 103−360).

Кроме того, часть диссертационной работы выполнялась по проектам Российского фонда фундаментальных исследований:

— «Механика горных ударов и микросейсмический контроль разрушения мае сива горных пород около выработок» 93−05−9395);

— «Механика гидрогазоимпульсного воздействия на трещиновато-пористые породы при скважинной гидродобыче полезных ископаемых» (К 94−05−17 553);

— «Неустойчивость деформирования массива скальных пород вблизи обнажений пород в глубоких выработках и образование диссипативных структур нарушенное&trade- «(К 96−05−65 884).

Главная цель работы заключается в разработке теории развития отрывных трещин в сжатых горных породах и ее приложений для исследования геомеханического процесса разрушения массива вблизи подземных выработок под действием горного давления, а также при действии таких факторов (природных и искусственных), как газ и вода.

Главная шея работы заключается в разработке и применении в исследованиях математических моделей отрывных трещин, которые учитывают не только напряженное состояние и деформационные свойства породы, но и наиболее характерные природные микродефекты породы, провоцирующие трещи-нообразование и способные вмещать газ или воду.

Методы исследований включают анализ лабораторных данных по отрывному разрушению горных пород, натурные наблюдения за природной и наведенной трещиноватостью массива вблизи выработок, аналитические и численные методы расчета напряженно-деформированного состояния горных пород, методы механики трещин Гриффитса-Ирвина, методы инженерной классификации скальных массивов, промышленную проверку некоторых разработок на горнорудных предприятиях.

Основные положения, защищаемые в диссертации:

1. При достижении прочности породы в условиях, близких к одноосному сжатию, в хрупкой породе с плотной зернистой структурой развиваются отрывные трещины с взаимодействующими берегами (закрытые трещины). При постоянной нагрузке распространение этих трещин должно происходить в динамическои режиме.

В породах с крупнопористой структурой отрывные трещины в зависимости от соотношения главных компонент сжимающих напряжений могут быть открытыми и закрытыми. При отсутствии порового заполнителя трещины развиваются квазистатически.

2. В крупнопористой газоносной породе свободный газ, заполняющий поры, играет важную роль в развитии трещин отрыва в том случае, если его давление превышает наименьшее главное напряжение в породе. При этом условии в могут развиваться открытые трещины в динамическом режиме. Если давление свободного газа меньше наименьшего главного напряжения, а максимальное напряжение сжатия превышает прочность породы на одноосное сжатие, то в квазистатическом режиме возможно развитие закрытых трещин. В газоносной породе, содержащей свободный газ в микротрещинах с просветом менее 0,01 мм (например, в природном перетертом угле), свободный газ влияет только на начало роста трещин.

3. Газ, находящийся в природном угле в абсорбированном состоянии (в другой концепции — в растворенном состоянии), при динамическом изменении напряженного состояния угля может принимать непосредственное участие в развитии отрывных микрои макротрещин. При условии высокой газоносности угля и его малой трещиностойкости этот газ способен дробить уголь до частиц" бешеной муки" .

4. Наведенная трещиноватость массива вблизи свежего обнажения пород в выработке на большой глубине имеет два вида. Непосредственно у стенки выработки развиваются искривленные трещины, образуя зону дезинтеграции массива, где происходит отслоение пород. Вне этой зоны отрывные трещины ориентированы вдоль поверхности обнажения пород.

5. Если в нетронутом массиве главные напряжения равны и одиночная выработка находится вне зоны опорного давления, то происходит равномерное отслоение породы со стенок и кровли выработки. Если главные напряжения, действующие перпендикулярно направлению проходки выработки, не равны, то отслоение породы со стенки выработки развивается преимущественно в направлении действия наименьшего главного напряжения. Устойчивая форма выработки имеет элемент в виде двугранного угла, в вершине которого отслоение останавливается.

6. Отслоение пород со стенок выработок в массивах с явно выраженной хаотической трепщноватостью или в зонах рассланцевания пород является относительно длительным процессом. В этом случае время стояния незакрепленных обнажений вмещающих пород может быть эффективным элементом управления вторичным разубоживанием руды в очистных камерах.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1) Разработаны основы теории отрывного разрушения массива горных пород на больших глубинах.

2) Выявлены закономерности проявления масштабного эффекта в развитии отрывных трещин в сжатых плотных породах.

3) Разработаны модели развития трещин отрыва в газоносных породах, содержащих в порах и микротрещинах свободный газ. Установлено, что и в пористой, и в микротрещиноватой газоносных породах возможно образование скрытых областей трещиноватости.

4) В рамках механики трещин Гриффитса-Ирвина разработана модель разрушения метанонасыщеного угля, как твердого раствора метана в твердом угольном веществе.

5) В уравнение равновесия трещины гидроразрыва включен параметр, отражающий влияние микродефектности породы. Это позволяет исследовать влияние на развитие этой отрывной трещины природного напряжения, действующего вдоль направления развития трещины.

6) Рассмотрен механизм зональной дезинтеграции (зонального трещино-образования) пород. Показано, что внутренняя зона дезинтеграции может образеваться в результате нарушения равновесного состояния массива, некоторая область которого испытывает запредельные деформации.

7) Разработана модель отрывного разрушения крупнопористой породы газонасыщенной водой при динамическом перераспределении горного давления. Произведена оценка длины трещин, проросших из шаровидных и цилиндрических пор при совместном действии горного давления, воды и газа, выделяющегося из воды при снижении ее давления.

8) Разработан метод оценки предельного пролета устойчивого обнажения пород, который объединяет подходы инженерной классификации массива горных пород и математического моделирования напряженного состояния.

9) Разработан метод прогноза вторичного разубоживания руды в очистных камерах при разработке крутопадающих рудных тел малой и средней мощности.

Достоверность научных положений и выводов определяется:

— корректностью постановки теоретических задач;

— применением современных апробированных методов механики трещин, методов расчета напряженно-деформированного состояния материалов и методов инженерной классификации скальных массивов;

— сопоставимостью результатов исследований, проведенных различными методами;

— сопоставимостью результатов исследований с данными натурных наблюдений;

— сопоставимостью полученных в диссертации результатов с результатами работ, выполненных позже другими исследователями;

— промышленной проверкой разработок в горной практике.

Личный вклад автора заключается: в формулировании и реализации основных идей работыв выборе, постановке и решении задач о поведении макротрещинв анализе результатов решенных задач и приложении их в горной практикев выполнении комплекса аналитических исследований и натурных наблюдений по устойчивости пород в одиночных выработках и очистных камерах.

Практическое значение работы.

1. Установлены критерии развития отрывных трещин, позволяющие прогнозировать разрушение массива горных пород в связи с оценкой устойчивости незакрепленных выработок на больших глубинах.

2. Получено соотношение для оценки мощности слоя дезинтегрированных пород, которое можно использовать при решении вопросов крепления выработок на больших глубинах.

3. Разработаны рекомендации по повышению эффективности нового метода принудительного разрушения трещиновато-пористых пород. С помощью этого метода можно создавать в скважинах на требуемой глубине каверны, например в целях промысловой добычи метана из угольных пластов, и рабочие камеры при скважинной гидродобыче полезных ископаемых.

4. Разработан инженерный метод определения величины пролета устойчивого незакрепленного обнажения пород в очистных камерах.

5. Разработан метод прогнозирования вторичного разубоживания руды при увеличении длины очистных камер и развитии процесса отслоения боковых вмещающих пород.

Реализация работы. Полученные в работе результаты научных исследований учитывались при выполнении ИПКОН РАН ряда хоздоговорных работ для горных предприятий Норильска, Рудного Алтая, КМА и Узбекистана. На основе теоретических исследований по отслоению пород разработана методика определения глубины заложения замков штанг, обеспечивающих крепление монорельса к висячему боку выработок при разработке крутопадающих жил монорельсовыми комплексами КОВ-25.

Рекомендации по параметрам устойчивых обнажений вмещающих пород в очистных камерах внедрены на Васильковском месторождении комбината «Алтайзолото» и Васильевском месторождении комбината «Каззолото». Рекомендации по увеличению длины очистных камер внедрены на Иртышском руднике и руднике им. XXII Съезда КПСС (Рудный Алтай). Реализация рекомендаций позволила повысить экономическую эффективность добычи при сохранении уровня безопасности горных работ.

Результаты исследований разрушения водонасыщенной пористой среды при перераспределении горного давления использованы при разработке рекомендаций по повышению эффективности скважинной гидродобычи богатых железных руд КМА и организации геофизического мониторинга разрушения рудного массива. Рекомендации использованы институтами ВИМС (Москва) и «Рудгеофизика» (Санкт-Петербург).

Апробация работы. Основные научные положения и результаты работы обсуждались на Всесоюзных конференциях по механике горных пород (VI, Фрунзе, 1978; VIII, Тбилиси, 1985; IX, Фрунзе, 1989), X Международной конференции по механике горных пород (Москва, 1993), VI Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике (Ташкент, 1986), Всесоюзных научных школах «Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках» (Симферополь, 1985, 1987,1990), Всесоюзной научной школе «Физика очага разрушения горных пород» (Фрунзе, 1985), семинарах «Аналитические методы и применение ЭВМ в механике горных пород» (Новосибирск, 1985, 1989), Московских семинарах по механике горных пород акад. Е. И. Шемякина (Москва, 1988, 1993, 1995), Казахстанских республиканских научно-практических конференциях (Алма-Ата, 1989; Усть-Каменогорск, 1989; Асу-Булак, 1990), научных семинарах ИПКОН РАН (Москва, 1979, 1983, 1993, 1997) и Московского горного института (Москва, 1984), в Мюнхенском техническом университете (Мюнхен, 1996).

Автор выражает глубокую признательность и благодарность проф. Л. В. Никитину и проф. С. В. Кузнецову за плодотворное обсуждение научных результатов и полезные советы, В. А. Трофимову и И. В. Милетенко за помощь в проведении некоторых численных расчетов и натурных наблюдений.

Список основных обозначений, а — радиус дискообразной трещины.

В — количество разубоживающей породы.

2 Ь — длина участка соприкасания берегов в макротрещине с — координата точки приложения фиктивной силы.

И — минимальное расстояние прямолинейной макротрещины до свободной поверхности, количество добытой горной массы й — характерный размер микродефекта (длина, диаметр) й0 — содержание растворенного метана.

Ао — диаметр поры й* - эффективный размер трещинопорождающего дефекта.

Е — модуль Юнга.

Н — глубина разработки, высота камеры к — толщина разрыхленного микрослоя на стенке трещины к* - критическое расхождение берегов макротрещины.

— интенсивность отслоений.

1(1* - суммарная интенсивность отслоений.

К — коэффициент интенсивности нормальных напряжений.

— коэффициент интенсивности касательных напряжений Кс — трещиностойкостъ (вязкость разрушения) к — коэффициент влияния технологии.

Ь — полудлина разреза, длина камеры.

2ЬВ — длина выработки.

— полудлина макротрещины пр — предельный пролет устойчивого обнажения.

21о — начальная длина макротрещины.

2 Г — критическая длина открытой макротрещины V — критическая полудлина закрытой макротрещины, 21/с — критическая длина трещины в газоносной породе.

М — модуль запредельного деформирования т, М — масса газа щ — мощность пласта.

N — горное давление от веса налегающих пород.

N* - критическое значение горного давления.

Р — сосредоточенная нагрузка в макротрещине р — давление газа (воды).

Рк — давление воды в скважине (камере) р" к — давление воды в камере после сброса давления ркр — начальное давление гидроразрыва ро — природное давление порового заполнителя, давление насыщения р2 — коэффициент вторичного разубоживания.

Pdf) — зависимость давления воды от координаты поры.

Q — сосредоточенная нагрузка, рейтинг качества массива q — распирающая нагрузка в трещине.

R — длина краевой части пласта, универсальная газовая постоянная.

Ro — длина зоны неупругих деформаций.

R* - критическая длина краевой части пласта.

R? — длина отслоившейся краевой части пласта г, в, z — полярные координаты гь — начальный радиус скважины (добычной камеры) г* - радиус скважины после цикла разрушения.

S — полудлина микротрещины, ширина камеры.

2Si — длина начальной микротрещины.

2iSb — расстояние между дефектами s — постоянная Генри.

Т — температура.

7V — нормальная нагрузка на краевую часть.

К" о t — координата в криволинеинои трещине, время.

V — объем.

V — интенсивность выемки по простиранию х, у — координаты прямоугольной системы координат, а — коэффициент пропорциональности, угол падения трещины у — энергия единицы свободной поверхности, удельный вес.

У, У2 — параметры микротрещинной модели е1, е2, еъ — главные компоненты деформаций.

С — безразмерный параметр нагрузки.

— критическое значение обобщенной нагрузки.

7} - эффективный начальный просвет микротрещины.

X — коэффициент бокового распора.

Я — безразмерный параметр длины трещины ц — молекулярный вес.

Хм — безразмерная критическая длина микротрещины.

V — коэффициент Пуассона р — безразмерный параметр длины краевой части, угол трения сг1, ет2, а3 — главные компоненты напряжений т®-, а ,<Тз — задаваемые главные компоненты напряжений ах, сту, т ху — компоненты напряжений в плоской задаче сг, у — прочность на одноосное сжатие, а 1 — прочность на растяжение хкр — критериальная величина, а * - «остаточная» прочность тЛ (/) — нормальная нагрузка на берегах трещины гл (/) — сдвиговая нагрузка на берегах трещины т о — предел текучести при сдвиге.

Ф (£), О (г) — функции комплексного переменного со — угол наклона камеры.

7.5 Выводы по главе.

1. Соединение аналитического метода оценки напряженно-деформирования состояния массива горных пород и метода инженерной классификации является эффективным элементом геомеханических исследований устойчивости обнажений сильнотрещиноватых пород.

2. В сильнотрещиноватых массивах с обнажений крутого наклона происходят обрушения, которые можно условно разделить на обрушения «поверхностные» и «объемные» .

Поверхностный тип обрушения имеет место в массивах с преобладанием хаотической трещиноватосги, а также в случае рассланцованости пород, согласной с поверхностью обнажений пород. В обоих случаях природные трещины, по которым происходит отрыв, простираются вдоль обнажения.

Объемный тип разрушения происходит из-за наличия протяженных плоских трещин, выходящих под углом на обнажение и пересекающихся в глубине массива.

Объемный тип разрушения характеризуется, как правило, вывалом большого объема породы при скоротечности самого процесса обрушений. Поверхностный тип обрушения проявляется в виде небольших текущих отслоений пород при длительном процессе обрушений в целом. В этом случае изменение времени стояния обнажения может быть эффективным элементом управления устойчивостью обнажений.

3. Прогнозирование отслоений пород в очистных камерах может быть осуществлено с помощью показателя интенсивности отслоения пород, которую можно считать постоянной величиной. Опытно-промышленные испытания показали эффективность этого предложения в оценке вторичного разубоживания руды в очистных камерах при отработке крутопадающих месторождений малой и средней мощности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Диссертация является законченной научно-исследовательской работой. В ней развивается новое научное направление — изучение процесса образования техногенных трещин в массиве горных пород на больших глубинах под действием природных и техногенных факторов: горного давления, свободного и растворенного газа, воды. Это направление геомеханических исследований имеет фундаментальное значение для развития теоретических исследований в горной геомеханике, для прогноза проявлений горного давления, для расчета крепи выработок, для разработки и совершенствования инструментальных методов контроля горного давления на больших глубинах, а также для разработки новых способов разрушения массива.

Основные научные и практические результаты заключаются в следующем.

1. Разработаны основы теории развития отрывных трещин в сжатых горных породах. С помощью этой теории можно понять некоторые особенности разрушения и деформирования массива горных пород вблизи выработок, создаваемых на большой глубине.

Один из главных выводов работы состоит в том, что отрыв при сжатии является особым видом разрушения, присущим материалам с дефектами и явно выраженной микроструктурой. Микроструктура, многочисленные микродефекты породы являются не только причиной зарождения микроразрушений, но и движущей силой процесса другого масштабного уровня — макроразрушения.

2. Установлено принципиальное различие процесса трещинообразования в породах при действии растягивающего и сжимающего напряжений. При действии растягивающего напряжения микродефектность породы имеет определяющее значение только для начала развития трещин. При действии сжимающих напряжений микродефектность породы определяет способность развития трещин не только в начальный момент, но и в течение всего процесса их роста.

3. Разрушение пород отрывом при сжатии необходимо рассматривать не как некоторую предельную, граничную ситуацию, а как развивающийся процесс, который может приводить как к видимому разрушению массиваотслоению породы, так и к скрытому разрушению в виде образовани трещин в глубине массива. Используемый в диссертации подход с позиции теории трещин позволяет выносить суждение о статике или динамике возможного развития трещин, что во многих случаях помогает составить более полное представление о характере проявлений горного давления, связанных с отрывным разрушением.

Например, из исследований следует, что вблизи обнажений пород с плотной зернистой структурой развитие трещин и соответствующие проявления горного давления должны носить динамический характер, а в породах с крупнопористой структурой разрушение должно быть квазистатическим. Однако, разрушение пористой породы тоже может быть динамическим (или его можно сделать динамическим искусственно), если в порах будет находиться газ, вода или газонасыщенная вода. 4. Доказано, что структура наведенной трещиноватости вблизи свежего обнажения пород в выработке на большой глубине не может быть однотипной. Непосредственно у стенки выработки (а также у забоя) должны развиваться искривленные трещины, образуя приповерхностную зону дезинтеграции массива, где ограниченные со всех сторон наведенными трещинами куски породы едва сцеплены друг с другом. Мощность приповерхностной зоны дезинтеграции в выработке диаметром несколько метров в зависимости от свойств породы и напряженного состояния может составлять нескольтко десятков сантиметров. Вне этой зоны наведенные трещины ориентированы вдоль стенки выработки и, следовательно, параллельны друг другу. Эти закрытые трещины могут быть протяженными. Они не соединяются, т. е. не дезинтегруруют массив.

5. Из исследований следует, что зона наведенных искривленных трещин может сформироваться также в глубине массива вблизи «ложного контура» выработки — магистальной трещины отрыва, образующейся при нарушении равновесного состояния массива. Этот вывод может быть использован для понимания механизма зональной дезинтеграции горных пород вблизи выработок на больших глубинах.

6. В диссертационной работе с помощью математического моделирования установлено, что если в нетронутом массиве главные напряжения равны, и выработка находится вне зоны опорного давления, то происходит равномерное отслоение кусков породы со стенок и кровли выработок. Если главные напряжения, действующие перпендикулярно направлению проходки выработки, не равны, то отслоение породы со стенок выработки развивается в направлении действия наименьшего главного напряжения. Устойчивая форма выработки имеет элемент в виде двугранного угла, в вершине которого отслоение породы останавливается. Этот вывод хорошо согласуется с данными натурных наблюдений, что дает основание говорить о достоверности соответствующих теоретических разработок.

7. Разработаны модели развития отрывных макротрещин в крупнопористой и микротрещиноватой газоносных породах, содержащих свободный газ. Показано также, что в разрушении газоносных пород (угля) может принимать непосредственное участие абсорбированный (или растворенный) газ, который при динамической разгрузке газонасыщенных угольных фрагментов может разрушать их до частиц «бешеной муки» .

8.Из разработанной теории следует, что в массиве возможно образование областей интенсивной трещиноватости отрывного типа, в которых трещины ориентированы в одном направлении и расположены близко одна к другой. Такие области должны находиться на некотором удалении от обнажения и содержать закрытые трещины, поэтому о них можно говорить как о скрытых областях разрушения. Скрытые области отрывного трещинообразования имеют особенно большое значение в газоносных породах, где они могут быть очагами зарождения выбросов пород (угля) и газа.

9. Установлено, что в гидрогазоимпульсном методе разрушения твердых полезных ископаемых в качестве рабочего агента целесообразно использовать воду с растворенной углекислотой. Применение в качестве рабочего агента обычной (негазонасыщенной) воды имеет смысл лишь в том случае, когда природная или наведенная пористость ископаемого (в отношении крупных пор) не ниже 15%. Эффективность этого метода разрушения должна расти с глубиной. Метод должен быть наиболее эффективным для тех глубин, на которых природное напряжение превышает примерно половину прочности ископаемого на одноосное сжатие.

10. На больших глубинах отрывное разрушение массива (отслоение пород) может происходить также под действием растягивающих напряжений. Этот случай имеет место вблизи плоских обнажений пород в протяженных очистных выработках. В этой связи в диссертации разработан инженерный метод оценки предельного пролета незакрепленного обнажения вмещающих пород в очистной камере. Для тех случаев, когда пролет обнажения пород превышает значение предельного пролета устойчивого обнажения, и в камере происходит отслоение пород, разработан метод прогноза вторичного разубоживаиния руды. Метод прошел опытную проверку на рудниках Рудного Алтая.

11. Как следует из теории (а также шахтных наблюдений) интенсивность отрывного разрушения массива в горных выработках должна увеличиваться с ростом глубины. Это обстоятельство может иметь отрицательные и положительные стороны.

Ухудшение горно-технических условий разработки с глубиной связано с общим понижением устойчивости выработок и скважин в сильнонапряженных массивах горных пород. Повысить устойчивость выработок можно следующим образом.

Во-первых, изначально придавать выработкам устойчивую форму, например, создавая выработки с сечением, имеющим двугранный угол. Задача прогноза разрушения, вполне решаемая уже в настоящее время, заключается в определении расположения этого угла и его величины в зависимости от горно-геологических условий проведения выработки. Во-вторых, следует использовать двухэтапную проходку выработок. Сначала проходится предварительная выработка, в которой у обнажения пород образуется приповерхностная зона дезинтеграции. Затем осуществляется повторная проходка, при которой снимается слой дезинтегрированных пород. После этого наведенные трещины на стенках выработки должны быть ориентированы вдоль обнажения, что значительно повысит устойчивость выработки в целом.

Повышение интенсивности отрывного разрушения с глубиной может быть и благоприятным фактором. В массивах хрупких пород с ростом глубины создаются условия для образования по крайней мере двух зон дезинтеграции пород. Вблизи выработки образуется автономная область, отделенная от массива ложным контуром. Эта автономная область является своего рода защитным барьером от активных (в том числе динамических) геомеханических процессов, происходящих в глубине массива.

Кроме того, на больших глубинах должны снижаться энергетические затраты на принудительное разрушение горных пород. Главная роль в разрушении массива должна перейти к горному давлению. Геомеханическое исследование в этой связи может заключаться в определении оптимального способа отделения от массива слоя полуразрушенных и слабо связанных с массивом пород. Идеи щцрогазоимпульсного метода разрушения массива могут оказаться здесь весьма полезными.