Горное давление
Добыча полезных ископаемых (угля, руды и др.) шахтным способом, особенно на большой глубине, требует знания законов деформирования горных пород и их свойств. Это: 1) прочность -- предельное давление, которое породы способны выдержать, 2) упругость -- способность обратимо сжиматься под нагрузкой, 3) пластичность -- способность необратимо сжиматься без явного разрушения, 4) хрупкость -- необратимо разрушаться.
Прочностные свойства пород на практике обычно изучают путём нагружения образцов на прессах по одному направлению -- сверху вниз. Образцы -- это чаще всего керны диаметром 50-100 мм, выбуренные из горного массива, иногда -- образцы прямоугольной формы, вырезанные алмазными кругами из больших кусков породы.
До середины прошлого века во всём мире образцы пород испытывали именно указанным простым способом, который по своей схеме мало соответствует реальным состояниям пород в массиве при ведении горных работ в шахте и, самое главное, позволяет получать только данные по первому (прочность) и частично по второму (упругость) пунктам из вышеперечисленных свойств. Дело в том, что образцы, открытые с боков, как правило, разрушаются при испытании уже на начальных стадиях упругих деформаций. Есть ещё один простой способ испытания пород -- на сдвиг. Но для того, чтобы на основе таких простых испытаний и, соответственно, ограниченных сведений о деформационных свойствах пород делать прогнозы по устойчивости горного массива, приходится в расчётах прибегать к большим упрощениям.
В связи с этим в 1970-е годы в мире начались попытки найти способы и средства для испытания образцов пород не при одноосном сжатии, а при объёмном, трёхосном, доводя деформации до самых последних стадий уже за пределом прочности. Эта схема испытаний соответствует реальным процессам, происходящим в горном массиве. Результаты таких испытаний можно вводить в аналитические модели и делать более достоверные прогнозы проявлений горного давления в шахте. Однако на этом пути возникают серьёзные технические трудности, заключающиеся в необходимости применять для испытаний одновременно три пресса, один вертикальный и два горизонтальных, при этом надо синхронизировать их работу в соответствии с заданными режимами испытаний. Надо сказать, гидравлические прессы являются сложным дорогостоящим оборудованием, поэтому разработки трёхосных автоматизированных прессов для испытаний образцов пород в те годы были редким явлением. Были сведения, что в ГДР и ФРГ такое оборудование было создано, так же, помнится, была якобы попытка создать трёхосный пресс в ДонУГИ (г.Донецк), но публикаций об этом не было. В ИГД им.А.А.Скочинского (г.Люберцы) попытка осуществить такой проект сошла на нет из-за возникших трудностей при проведении испытаний образцов кубической формы.
В ИГД АН КазССР (г.Алма-Ата), где автор в то время работал, был прессовый зал с гидравлическими прессами. Образцы угля испытывали на 40-тонном прессе. Возникла идея использовать этот пресс для осуществления схемы объёмного сжатия для частного горнотехнического случая, когда по одной из горизонтальных осей в массиве действует не активная, а реактивная сила. Такой горнотехнический вариант -- самый распространённый в шахте, это угольный пласт вдоль горной выработки. В этом варианте можно обойтись только одним горизонтальным прессом (домкратом) , причём меньшим по силе, массе и габаритам, а по другому горизонтальному направлению достаточно поставить неподвижные стенки. Была разработана документация, изготовлено оборудование и проведены испытания образцов угля (рис.1). Разработанные метод и устройство для испытания пород были защищены авторскими свидетельствами и положительно восприняты специалистами, работавшими в данном направлении [1,2].
1. А.с.№1352056 СССР, Е 21 С 39/00. Способ испытания образцов горных пород/ Г.Д.Лезин и А.А.Козлов; опубл.15.11.87//Открытия. Изобретения.-№42.
2. А.с.№1370241 СССР, Е 21 С 39/00 . Устройство для объемного сжатия образцов горных пород/ Г.Д.Лезин и А.А.Козлов; опубл.30.01.88//Открытия. Изобретения.- 1988.-№4.
В частности, с этими разработками захотели познакомиться специалисты из ФРГ (рис.2).
В 1986 г. пришло приглашение посетить КНДР. У них угольные месторождения разрабатываются на глубине 600 м.и поддержание пластовых выработок является актуальной проблемой.
В 1990 г. наши разработки были представлены на выставке в КНР, г. Урумчи.
Лезин Г.Д. в единственном числе от АН КазССР принял участие в этой выставке.
Автором был разработан графо-аналитический метод оценки напряжённо-дефррмированных состояний угольного пласта.
Исследования по данному направлению велись также совместно с ИГД им. А.А.Скочинского.