3.10. При изучении тепловых свойств горных пород следует определить их температуру, коэффициент теплопроводности, удельную теплоемкость и коэффициент температуропроводности. Температуру горных пород необходимо определять в натурных условиях термодатчиками. Удельную теплоемкость горных пород следует определять в лабораторных условиях на образцах по методу смещения или методу микрокалориметра регулярного теплового режима, коэффициент температуропроводности — по первому методу, а коэффициент теплопроводности — по второму.

3.11. Показатели проницаемости газов через горные породы и коэффициент газопроницаемости следует определять в натурных условиях по щелевому методу путем нагнетания газа, а показатели проницаемости жидкостей через горные породы—по методу нагнетания (в сухих и обводненных породах) или по методу откачки (в водоносных породах).

3.12. При изучении механических свойств горных пород в натурных условиях должны быть определены пределы прочности пород в массиве при сжатии и изгибе и скорости распространения упругих и упругопластических волн; в лабораторных условиях пределы прочности при одноосном сжатии и одноосном растяжении, предел длительной прочности при объемном сжатии, удельное сцепление, угол внутреннего трения, модуль упругости, коэффициент Пуассона, упругая деформация образца при нагрузке, достигающей 80% разрушающей, величина предельной деформации ползучести в зависимости от приложенных нагрузок, время до разрушения.

3.13. Предел прочности скальных и полускальных пород в массиве на сжатие и изгиб следует определять соответственно путем раздавливания или изгиба продольной призмы в натурных условиях.

Предел прочности при одноосном сжатии и одноосном растяжении следует определять соответственно по ГОСТ 21153.2—75 и ГОСТ 21153.3—75 или в необходимых случаях по соответствующим методикам.

3.14. Удельное сцепление и угол внутреннего трения следует определять с помощью стабилометров или срезных приборов, а угол внутреннего трения по контактам и прослоям—но методу одноплоскостного сдвига.

3.15. Модуль упругости, коэффициент Пуассона и упругую деформацию образца при нагрузке, достигающей 80% разрушающей, следует определять при одноосном сжатии цилиндрических образцов и другими способами.

3.16. Величину предельной деформации ползучести в зависимости от приложенных нагрузок, время до разрушения образцов пород и предел длительной прочности при сжатии следует определять на рычажных, пружинных или гидравлических установках.

3.17. Скорость распространения продольных упругих и упругопластических волн в горных породах следует определять лишь для выработок в зонах возможных сильных разрушений. Распределение скорости продольных волн во вмещающих породах необходимо устанавливать непосредственным измерением времени пробега волн в этих породах. В монолитных породах, где отсутствуют крупные нарушения типа зон дробления и трещин, допускается определять скорость распространения продольных волн при испытании образцов горных пород согласно ГОСТ 21153.7—75. Для определения скорости распространения колебаний в сейсмическом диапазоне частот (0—300 Гц) следует применять обычные геофизические методы со стандартной аппаратурой. Определению скорости распространения продольных волн должно предшествовать изучение петрографического состава участка исследуемого массива, условий залегания пород, анизотропии упругости, слоистости, трещиноватости и нарушенности пород. При определении скорости распространения ударной волны в зоне упругопластических деформаций па расстоянии до 20 радиусов заряда при взрыве следует регистрировать два вида волн: упругие, движущиеся перед фронтом основной пластической волны, и пластические.

Для принятия конечных результатов действия взрыва необходимо определить его параметры, характеризующие ударную волну.

Скорость распространения ударной волны необходимо определять в диапазоне напряжении на фронте ударной волны, превышающей предел упругих деформаций изучаемых горных пород.

Скорость распространения ударной волны следует определять в выработках, расположенных в массиве пород и подобных выработкам, в которых проектируется размещение объекта.

При отсутствии таких выработок необходимо использовать косвенные методы определения скорости распространения ударных волн.

3.18. При выборе определенной схемы метода разгрузки необходимо учитывать вид напряженного состояния исследуемого объекта (одноосное, плоское, объемное), направления главных напряжений и геологические факторы (трещиноватость пород, анизотропия, хрупкость, прочность и т.д.).

Исследуемый объект следует относить к тому или иному виду напряженного состояния на основании следующих качественных градаций:

к одноосному напряженному состоянию—среднюю по высоте часть столбчатых целиков с отношением высоты целика к его диаметру (ширине) большим, чем 2— 2,5;

к плоскому напряженному состоянию—среднюю по высоте часть ленточных целиков, если высота целика в 1—2,5 раза больше ширины; массив горных пород вблизи обнажении на глубинах до 0,5—1 м (стенки выработок, целиков);

к объемному напряженному состоянию—все прочие объекты (широкие целики, массив вокруг одиночной выработки, нетронутый массив).

Выбор схемы метода разгрузки необходимо производить по следующей таблице:

Характер напряженного состояния массива

Направление главных напряжений

Горнотехниче-

ские объекты

Рекомендуемые схемы метода разгрузки

Число скважин

Объемное

Неизвестно

Нетронутый массив

Метод с центральной скважиной

3

Известно одно или все направления

Нетронутый массив, широкий целик

Методы с центральной скважиной и ВНИМИ

1

2

Плоское

Неизвестно

Узкий ленточный целик, стенки выработки

То же

1

Одноосное

Неизвестно

Высокий столбчатый целик

Метод ВНИМИ

1

Переходное

Неизвестно

Зона вокруг одиночной выработки

Метод с центральной скважиной

2

Выбор направления и порядка бурения скважин, рекомендуемых комплектов оборудования и измерительной аппаратуры следует производить по соответствующей методике.

3.19. Значения модуля упругости и коэффициента Пуассона необходимо определять на тех же кернах и в тех же направлениях, на которых определялись деформации разгрузки.

3.20. Расстояния по длине скважины между местами измерений напряжений следует принимать минимально возможными (0,2—0,5 м). В отдельных случаях эти измерения необходимо производить по нескольким близко расположенным (0,5—1 м) параллельным скважинам.

Для измерения напряжении в натурных условиях допускается применение приборов типа БП-18 и МГД.

3.21. Гидрогеологические условия участка горных выработок следует изучать согласно Временной инструкции по гидрогеологическому и инженерно-геологическому обслуживанию горно-эксплуатационных работ на месторождениях твердых полезных ископаемых ВСЕГИНГЕО Министерства геологии СССР.

  1. ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ И СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА

4.1. Все данные, получаемые при натурных и лабораторных наблюдениях и испытаниях, необходимо заносить в первичную документацию — журнал визуального осмотра выработок, журнал отбора образцов из скважин и горных выработок, журнал изучения трещиноватости пород, журнал лабораторных или натурных исследований физико-механических свойств пород и т. д.

4.2. При накоплении данных натурных и лабораторных наблюдений и испытаний следует производить их анализ и построение графиков деформаций пород при испытаниях на сжатие и растяжения, диаграмм трещиноватости пород и т. д.

4.3. По результатам изучения геологических, гидрогеологических и горнотехнических условий должен быть составлен отчет. Содержание отчета должно соответствовать требованиям к изученности горных выработок, изложенным в разделах 2 и 3.

РУКОВОДСТВО

ПО МЕТОДИКЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ И НЛНРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ИНЖЕНЕРНЫХ ИЗЫСКАНИЯХ В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ, ПРЕДНАЗНАЧАЕМЫХ ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТОВ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА1

ПРЕДИСЛОВИЕ

«Руководство по методике исследования физико-механических свойств и напряженного состояния горных пород при инженерных изысканиях и горных выработках, предназначаемых для размещения объектов народного хозяйства разработано Всесоюзным научно-исследовательским институтом горной геомеханики и маркшейдерского дела (ВННМИ) Минугленрома СССР (кандидаты техн. наук В. В. Райский, В. М. Барковский, И. Н. Воронин, Б. В. Матвеев, Б. И. Севастьянов) с участием производственного и научно-исследовательского института по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИИИС) Госстроя СССР (кандидаты геол.-мин. наук М. И. Погребиский и С. П. Абрамов), а также Всесоюзного научно-исследовательского института галургии (ВНИИГ) Минхимпрома СССР и Государственного Всесоюзного проектного и научно-исследовательского института неметаллорудных материалов (Гипронинеметаллоруд) Минпромстройматериалов СССР.

При составлении Руководства учтены предложения отдела технического нормирования и стандартизации Госстроя СССР, а также Госгорхимпроекта, Гипроцветмета, ДонУГИ, Донгипрошахта и ЦНИИПромзданий.

Руководство составлено на основании выполненных ВНИМИ ис-следований и инженерно-геологических изысканий в горных выработках шахт Минуглепрома СССР и рудников Минцветмета СССР и Минчермета СССР.

В Руководстве приводятся методики для изучения всех основных геомеханических показателей, необходимых для расчета устойчивости конструктивных элементов в горных выработок от действия статических и динамических нагрузок, а также для инженерных изыскании устойчивости потолочин приспосабливаемых камерных выработок.

__________

1 Рекомендовано к изданию решениями секций методики], экономики и техники инженерных изысканий НТС ПНИИИСа и горного давления НТС

ВНИМИ.

  1. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ И ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОСЛАБЛЕННЫХ КОНТАКТОВ И ПРОСЛОЕВ В ПОРОДАХ КРОВЛИ

Выявление и установление типов ослабленных контактов и

прослоев 1

1.1. Для использования горных выработок, особенно камерных, необходимо определять устойчивость их кровли, схему расслоения, разрушения и возможного перемещения внутрь выработки.

1.2. Документация ослабленных поверхностен, контактов и прослоев, по которым в начальной стадии чаще всего происходит разрушение слоистых толщ в виде расслоения и которые выявляются на боковой поверхности керна, выполняется после их прочностных испытаний.

1.3. Определение прочностных характеристик ослабленных контактов и прослоев требует выполнения ряда приемов для получения неразрушенного керна. Одним из обязательных условий получения показателей прочности ослабленных контактов и прослоев является наличие неразрушенного керна.

1.4. При бурении скважины в результате взаимодействия буровой коронки с керном (в пределах заштрихованной части у забоя скважины, рис. 1) возникают напряжения, вызванные крутящим моментом. Когда угол ?? между осью скважины и напластованием пород равен 90°, площадки наибольших касательных напряжении будут совпадать с ослабленным контактом или прослоем и вероятность среза керна по нему будет велика.

1.5. Для сохранения поверхностей ослабления неразрушенными и для определения их прочностных характеристик необходимо выбуривать керн под некоторым углом к напластованию (рис. 1).

1.6. Получение прямослойного керна нежелательно, потому что после разрушения ослабленные контакты и прослои в процесса бурения могут совсем истереться, не будут задокументированы, и это даст неправильное представление о толще пород. Глубина проходки за одни прием не должна превышать 3—4 м в пределах исследуемого участка кровли.

________

1 См. «Методическое пособие по и изучению слоистости и прогнозу расслаиваемости осадочных пород». ВНИМИ, Л , 1967

Рис. 1. Выбуривание косослойного керна

1, 2—слон горных пород различного состава; 3—поверхность ослабления

1.7. Зеркала скольжения образуются в результате тектонических подвижек по поверхностям с углистым, растительным и глинистым материалом. При этом поверхности приобретают гладкий зеркальный вид часто со следами скольжения. При проскальзывании по мелкому растительному детриту поверхность имеет шероховатый вид, сцепление практически равно нулю, а углы трения минимальные.

1.8. Углистые прослои характерны наличием на поверхностях напластования обугленного материала толщиной от долей миллиметра до нескольких сантиметров. В условиях спокойных режимов осадко-наконления углистые прослои имеют значительное распространение по площади, чаще всего они распространены в тонкозернистых породах—аргиллитах и алевролитах. Прочностные характеристики уг-листых прослоев характеризуются прочностью углистого материала, который весьма хрупок и плохо работает на разрыв.

1.9. Растительные остатки па поверхностях напластования различной степени обугленности образуют ослабленные поверхности. Распределение на них растительных остатков весьма неравномерное--от 30 до 100?? поверхности напластования.

Ввиду неравномерного распределения растительных остатков по площади контакта последние отличаются большими углами внутреннего трения и большими колебаниями сцепления и пределов прочности при разрыве.