Просмотр кода страницы Зональная дезинтеграция горных пород вокруг подземных выработок

{{Маргинальные теории|дата=20 декабря 2013}}{{орисс|дата=10 марта 2015}}
'''Зональная дезинтеграция горных пород вокруг подземных выработок''' — физический эффект, который проявляется «вокруг подземных выработок, расположенных на глубине, где гравитационная составляющая напряжений близка к пределу прочности пород на одноосное сжатие либо превышает его, и происходит образование кольцеобразных чередующихся зон относительно ненарушенных и разрушенных пород»<ref name="id3" /><ref name="id5" /><ref name="id6" /><ref name="id7" /><ref name="id8" />. Явление противоречит представлениям классической механики горных пород и массивов,<ref name="id9" /> согласно которым движение фронта запредельного деформирования (разрушения, дезинтеграции) реализуется от контура выработки вглубь массива с образованием зон пластического, упруго-пластического и упругого состояний горных пород.

Вероятно, впервые эффект наблюдался в золоторудной шахте в Южной Африке,<ref name="id1" /><ref name="id2" /> затем он был независимо открыт и описан в СССР<ref name="id3" /><ref name="id5" /><ref name="id6" /><ref name="id7" /><ref name="id8" /><ref name="id4" /><ref name="id10" />. Существует большое количество научных работ различных авторов, в которых представлены различные аспекты явления. Тем не менее, адекватная физическая модель и теория явления не созданы. Взамен предложены многочисленные гипотезы, которые не [[Верификация|верифицированы]]<ref name="id76" />.

== Гипотезы о механизме явления ==
Парадоксальность явления инициировала появление гипотез, категорично<ref name="id11" /><ref name="id12" /> или неявно<ref name="id13" /><ref name="id14" /><ref name="id15" /><ref name="id16" /> отвергающих его физическую реальность.

Для интерпретации явления использовались многие математические модели механики сплошных и дискретных сред<ref name="id17" /><ref name="id18" /><ref name="id19" /><ref name="id20" /><ref name="id21" /><ref name="id22" /><ref name="id23" /><ref name="id24" /><ref name="id25" /><ref name="id26" /><ref name="id27" /><ref name="id28" /><ref name="id29" /><ref name="id30" /><ref name="id31" /><ref name="id32" /><ref name="id33" /><ref name="id34" /><ref name="id35" /><ref name="id36" /><ref name="id37" /><ref name="id38" /><ref name="id39" /><ref name="id40" /><ref name="id41" /><ref name="id42" /><ref name="id43" /><ref name="id44" /><ref name="id45" /><ref name="id46" />. Принципиальный недостаток этого подхода заключается в абстрагировании от реальной структуры вещества: бесконечно малые объёмы (дифференциалы) со времён Сен Венана не учитывают реальные физические процессы в веществе.<ref name="id47" />

Для устранения недостатков моделей на основе механики сплошных и дискретных сред разработаны модели учитывающие структуру массива методами физической мезомеханики<ref name="id48" /><ref name="id49" /><ref name="id50" /><ref name="id51" />.

Гипотеза, выдвинутая на основе закономерностей периодического горного давления, выстроена на предположении об изгибе слоистого массива над выработкой<ref name="id52" />.

Ещё одна гипотеза разработана по аналогии с автоволновыми химическими процессами. С использованием модуля масштабного фактора <math>a_i=2^{i/2}</math> предложены количественные параметры Курлени-Опарина явления: радиус начала зоны дезинтеграции <math>r_i</math>, толщина оболочки мелкомасштабной дезинтеграции <math>{\vartriangle}r_i</math> и пространственно-временная связь формирования зон:<ref name="id7" /><ref name="id8" /> <math>r_i=r_0 a_i</math>, <math>{\vartriangle}r_i=(0,05-0,11) r_i</math>, <math>{r_i}/{t_i^{1/2}}=const</math>, где <math>i</math> — номер зоны дезинтеграции, отсчитываемый от контура выработки, <math>r_0</math> — радиус выработки, <math>t_i</math> — время образования <math>r_i</math> зоны дезинтеграции.

С целью раскрытия природы явления зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок и физического обоснования параметров [[Курленя, Михаил Владимирович|Курлени]]-[[Опарин, Виктор Николаевич|Опарина]] разработана гипотеза на основе закономерностей кластеризации вещества на наноуровне<ref name="id55" /><ref name="id56" /><ref name="id57" /><ref name="id58" /><ref name="id59" /><ref name="id60" /><ref name="id61" /><ref name="id62" /><ref name="id63" /><ref name="id64" /><ref name="id65" /><ref name="id66" /><ref name="id79" />.

== См. также ==
* [[Опарин, Виктор Николаевич|Опарин Виктор Николаевич]]
* [[Курленя, Михаил Владимирович|Курленя Михаил Владимирович]]
* [[Институт горного дела СО РАН|Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН]]

== Примечания ==
{{примечания|refs=<ref name="id3">Зональная дезинтеграция горных пород вокруг подземных выработок. // [[Шемякин, Евгений Иванович|Шемякин Е. И.]], Фисенко Г. Л., [[Курленя, Михаил Владимирович|Курленя М. В.]], Опарин В. Н. и др. ФТПРПИ. — Ч. I. 1986. — № 3. — Ч.2: Разрушение горных пород на моделях из эквивалентных материалов //ФТПРПИ. — 1986. — № 4. — Ч. З: Теоретические представления //ФТПРПИ. — 1987. — № 1. — Ч.4: Практические приложения // ФТПРПИ. — 1989. — № 4.
</ref><ref name="id5">Шемякин Е. И., Фисенко Г. Л., Курленя М. В., Опарин В. Н. и др. Эффект зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок // ДАН СССР. — 1986. — Т. 289. — № 5.
</ref><ref name="id6">Открытие № 400 СССР. Явление зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок / Е. И. Шемякин, М. В. Курленя, В. Н. Опарин, В. Н. Рева, Ф. П. Глушихин, М. А. Розенбаум. — Опубл. в БИ, 1992, № 1.
</ref><ref name="id7">Зональная дезинтеграция горных пород и устойчивость подземных выработок / Опарин В. Н., Тапсисв А. П., Розенбаум М.А, Рева В. Н., Бадтиев Б. П., Тропп Э. А., Чанышев А. И. / ИГД СО РАН. — Новосибирск: Изд. ИГД СО РАН, 2008.
</ref><ref name="id8">Курленя М. В., Опарин В. Н. Проблемы нелинейной геомеханики. Ч. I // ФТПРПИ. — 1999. — № 3. : Ч. II // ФТПРПИ. — 2000. — № 4.
</ref><ref name="id9">Борисов А. А. Механика горных пород и массивов. М.,Недра.1980.
</ref><ref name="id1">Cloete, D. R., Collett, P. A. G., Cooke, N. G. W., Jager, A. J., and White, A. J. A. The nature of the fracture zone in gold mines as revealed by diamond core drilling. Association of Mine Managers, Papers and discussions. 1972—1973.
</ref><ref name="id2">Adams G.R;, Jager A.J. Petroscopic observation of rock fracturing ahead of stop faces in deep-level gold mines//J. South African Inst. Mining and Metallurgy, 1980, vol. 80, № 6.
</ref><ref name="id4">Глушихин Ф. П., Шклярский М. Ф., Рева В. Н., Розенбаум М. А. Новые закономерности разрушения горных пород вокруг выработок// Шахтное строительство — 1986. — № 2.
</ref><ref name="id10">Кайдо И. И. Исследование горного давления в подготовительных и нарезных выработках на гидрошахтах Кузбасса. Тр. ВНИИгидроуголь. Совершенствование технологии отработки угольных пластов и оборудования при гидродобычи. Новокузнецк. 1984.
</ref><ref name="id11">Коган И. Самоорганизация горного массива вокруг полостей (неоднородностей). — МГГУ. — ГИАБ. — 2009. — № 3.
</ref><ref name="id12">Шестопалов А. В. Механизм самообразования техногенной трещиноватости при разработке газоносных угольных пластов // Доклад на семинаре в ИПКОН РАН 29.11.2000 г.
</ref><ref name="id13">Особенности и свойства явления самоорганизации в напряженных грунтовых и породных массивах вокруг протяженных геомеханических структур / Б. М. Усаченко, А. А. Яланский, В. В. Левит, А. Г. Заболотний, Т. А. Паламарчук, В. Н. Сергиенко // Геотехническая механика: Сб. науч. тр. ИГТМ НАНУ. Днепропетровск. 2002. № 40.
</ref><ref name="id14">Яланский А. А., Паламарчук Т. А., Розумный С. Н. Особенности и диагностика процессов самоорганизации породного массива в окрестности горных выработок // Горный информационно-аналитический бюллетень. — М.: МГГУ, 2003. — № 3.
</ref><ref name="id15">Открытие № 318. Закономерность самоорганизации грунтовых и породных массивов вокруг протяженных подземных выработок. — Международная академия авторов научных открытий и изобретений на основании результатов научной экспертизы заявки на открытие № А-399 от 20 апреля 2006 г. / Байсаров Л. В., Ильяшов М. А., Левит В. В., Паламарчук Т. А., Сергиенко Г. Н.,Усаченко В. Б.,Яланский А. А.
</ref><ref name="id16">Курленя М. В., Опарин В. Н., Морозов П. Ф. и др. Эффект самоорганизации искусственных массивов с образованием ячеистых структур в виде пассивного ядра и активной несущей оболочки // Докл. АН СССР. — 1992. — Т. 323. — № 6.
</ref><ref name="id17">Аннин Б. Д., Жигалкин В. М. Поведение материалов в условиях сложного нагружения. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999 г.
</ref><ref name="id18">Гузев М. А., Парошин А. А. Неевклидовая модель зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок// ПМТФ. — 2000. — № 3.
</ref><ref name="id19">Гузев М. А., Парошин А. А. Неевклидова модель зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземной выработки. Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, 690041 Владивосток Прикладная механика и техническая физика, 2001, № 1, т. 42,
</ref><ref name="id20">Гузев М. А., Ушаков А. А. Критическое поведение параметра порядка в неевклидовой модели зональной дезинтеграции горных пород.
</ref><ref name="id21">Гузев М. А., Макаров В. В., Парошин А. А., Опанасюк А. А. Модельные представления зонального деформирования и разрушения породного массива вокруг подземных выработок. //"Геодинамика и напр. сост. недр. Земли ", Новосибирск: ИГД СО РАН, 2002.
</ref><ref name="id22">Кива М. Н. Исследование закономерностей деформирования и разрушения сильно сжатых горных пород вокруг подземных выработок и разработка регулируемых конструкций крепи. — Автореф. дисс. … канд техн. наук. — ДВПИ им. В. В. Куйбышева. — Владивосток. — 2004.
</ref><ref name="id23">Ксендзенко Л. С., Сапелкина В. М. Исследование влияния свойств пород на развитие зональной структуры разрушения. МГГУ. — ГИАБ. — 2005. — № 3,
</ref><ref name="id24">Ксендзенко Л. С. Приложение методов механики дефектных сред к задаче зонального разрушения массива. МГГУ. — ГИАБ. — 2007. — № 8.
</ref><ref name="id25">Макаров В. В. Зональное деформирование горных пород вокруг выработок и в образцах //Тезисы докл. X Международн. конф. по мех. горных пород. — М. 1993.
</ref><ref name="id26">Макаров В. В. О зональном деформировании горных пород вокруг одиночных капитальных выработок//Механика подземных сооружений. — Тула: ТПИ, 1995.
</ref><ref name="id27">Макаров В. В. О зональном деформировании массива горных пород вокруг капитальных выработок/Известия ТулГУ,серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». — Тула: ТулГУ, 1997.
</ref><ref name="id28">Макаров В. В., Горланова Н. А., Звонарев M.И. О зональном деформировании массива горных пород вокруг горных выработок / Механика подземных сооружений. Тула, ТПИ, 1989.
</ref><ref name="id29">[[Гузев, Михаил Александрович|Гузев М.А.]], [[Макаров, Владимир Владимирович|Макаров В.В.]] Деформирование и разрушение сильно сжатых горных пород вокруг выработок, - Владивосток: Дальнаука, 2007. – 231 с. - ISBN 978-5-8044-0795-8
</ref><ref name="id30">Макаров В. В., Гузев М. А. Механизм зонального разрушения и деформирования горных пород вокруг подземных выработок, «Геодинамика и напр. сост. недр Земли», Новосибирск, ИГД СО РАН, 1999.
</ref><ref name="id31">Макаров В. В., Емельянов Б. И., Звонарев М. И. Особенности формирования зон компрессии и дилатансии в массиве горных пород вокруг выработок // В сб.: Вопросы разработки месторождений Дальнего Востока. — Владивосток: ДВПИ, 1990.
</ref><ref name="id32">Метлов Л. С., Морозов А. Ф., Зборщик М. П. Физические основы механизма зонального разрушения пород в окрестности горной выработки// ФТПРПИ. — 2002. —№ 2.
</ref><ref name="id33">Метлов Л. С. Возникновение локализованных состояний при релаксации напряжений в горных породах//Тезисы докл. X Межд. конф. по мех. горн, пород. — М.: ИГД, 1993.
</ref><ref name="id34">Метлов Л. С. Механическая модель зональной дезинтеграции // Физика и техн. высоких давления (Киев). — 1995. — № 1.
</ref><ref name="id35">Морозов А. Ф. Флуктуации зональной дезинтеграции осадочных пород вокруг подготавливающих выработок // Уголь Украины. 1991, № 7.
</ref><ref name="id36">Морозов А. Ф., Юскевич А. М. Флуктуации зональной дезинтеграции осадочных пород вокруг подготовительной выработки // Уголь Украины. — 1991. — № 7.
</ref><ref name="id37">Морозов А. Ф., Метлов Л. С., Мордасов В. И. Устойчивость подготовительных выработок в условиях зональной дезинтеграции горных пород. Ч. 1. — Донецк: Донеччина, 1999.
</ref><ref name="id38">Одинцев В. Н. Запредельное деформирование и зональная дезинтеграция горных пород вблизи выработок на больших глубинах // Горн. давл. и технол. подз. разр. руд на больших глубинах: Докл. Всес. совеш. «Интенс. методы подз. разр. руд на больших глубинах», — М., 26 — 28 июня 1990. — М., 1990.
</ref><ref name="id39">Одинцев В. Н. Отрывное разрушение и зональная дезинтеграция массива вблизи глубоких выработок//Тезисы докл. X Междунар. конф. по мех. горн, пород. — М.: ИГД, 1993.
</ref><ref name="id40">Рева В. Н., Тропп Э. А. Упруго-пластическая модель зональной дезинтеграции окрестности подземной выработки // В сб.: Физика и механика разруш. горн, пород примен. к прогнозу динам, явлений. — С.-Пб.: ВНИМИ, 1995.
</ref><ref name="id41">Сапелкина В. М. Закономерности зонального разрушения горных пород вокруг подземных выработок в условиях больших глубин. Автореф. дис. … к. т. н. — Владивосток. ДВГТУ. — 2008.
</ref><ref name="id42">Чанышев А. И. К исследованию явления зональной дезинтеграции горных пород //Напряженно-деформированное состояние массива горных пород. — Новосибирск: ИГД, 1988.
</ref><ref name="id43">Чанышев А. И., Белоусова О.Е, Лукьяшко О. А. Математические модели блочных сред в задачах геомеханики. // Ч. IV: Зависимость структуры от напряженного состояния // ФТПРПИ. — 2005. — № 4..
</ref><ref name="id44">Чанышев А. И., Белоусова О. Е. Математическое моделирование процесса разрушения массива горных пород вокруг цилиндрической выработки // Труды научной конференции с участием иностранных ученых «Геодинамика и напряженное состояние недр Земли». Новосибирск. — 2006.
</ref><ref name="id45">Явление зонального деформирования и разрушения горных пород вокруг подземных выработок и его математическая модель/ В. В. Макаров,М. А. Гузев, А. А. Опанасюк, М. Н. Кива и др. // Труды международной научно-практ. конф. «Тоннельное строит. России и стран СНГ в начале века: опыт и перспективы», Москва, 28 — 31 октября 2002 г., М: РТА, 2002,.
</ref><ref name="id46">Bai Shiwei, Gu Zhimeng. Deformation monitoring of galleries in fractured rockmass and research on failure mechanism of surrounding rocks // Proc. Int. Symp. Eng. Сотр. Rock Form. Beijing, 3 — 7 Nov. 1986.
</ref><ref name="id47">Xu Yuhyao. Integral movement of with surrounding rock project and character of two opposite radial points moving in same direction // J. China Coal Soc. 1989, № 2.
</ref><ref name="id76">Поппер К. Логика и рост научного знания. М., Прогресс, 1983
</ref><ref name="id48">Wu Нао, Guo Zhi-kun, Fang Qin, Liu Jin-chun Mechanism of zonal disintegration phenomenon in enclosing rock mass around deep tunnels J. Cent. South Univ. Technol. (2009) 16: 0303−0311 DOI: 10.1007/s11771−009−0052−0
</ref><ref name="id49">Сен-Венан Б. Мемуар о кручение призм. Мемуар об изгибе призм. Перевод с французского А. А. Парийского под редакцией и с вступительной статьёй Г. Ю. Джанилидзе. — Гос. Изд. Физико-математической литературы. — М. 1961.
</ref><ref name="id50">Макаров П. В. Об иерархической природе деформации и разруше¬ния твердых тел и сред // Физ. мезомех. — 2004. — Т. 7. — № 4.
</ref><ref name="id51">Макаров П. В. Моделирование процессов деформации и разруше¬ния на мезоуровне // Изв. АН. Механика твердого тела. — 1999. № 5.
</ref><ref name="id52">Макаров П. В. Моделирование упругопластической деформации и разрушения неоднородных сред на мезоуровне // Физ. Мезомех. — 2003. — Т. 6. — № 4.
</ref><ref name="id55">Кайдо И. И., Златицкий А. Н., Любогощев В. И. Управление напряженным состоянием пласта в зоне влияния очистных работ. — Тр. ВНИИгидроуголь. Повышение эффективности гидродобычи на шахтах Кузбасса. Новокузнецк. 1985.
</ref><ref name="id56">Кайдо И. И. Разработка способа охраны выемочных выработок при отработке пологих угольных пластов на гирдошахтах Кузбасса. Автореф. дисс. … канд. техн. наук. М. ИГД им. А. А. Скочинского. — 1987.
</ref><ref name="id57">Атрушкевич О. А., Кайдо И. И., Топоров С. П. Взаимодействие анкерной крепи с углепородным массивом в подготовительных выработках. Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых. Материалы I Международной конференции, Новокузнецк, СибГГМА, 1996.
</ref><ref name="id58">Кайдо И. И. Дезинтеграция массива вокруг подготовительных выработок. Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых: Материалы II Международной конференции / СибГИУ. — Новокузнецк, 1997.
</ref><ref name="id59">Кайдо И. И. О природе явления зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок (гипотеза). МГГУ. — ГИАБ. — 2009. — № 1.
</ref><ref name="id60">Кайдо И. И. Кластерная модель явления зональной дезинтеграции массива вокруг подземных выработок. МГГУ. — ГИАБ. — 2009. — № 6.
</ref><ref name="id61">Кайдо И. И. Управление состоянием массива при зональной дезинтеграции массива вокруг подземных выработок. МГГУ. — ГИАБ. — 2009. — № 9.
</ref><ref name="id62">Кайдо И. И. Особенности охраны целиками подготовительных выработок при зональной дезинтеграции массива. — МГГУ. — ГИАБ. — 2010. — № 6.
</ref><ref name="id63">Кайдо И. И. Новые аспекты явления зональной дезинтеграции массива вокруг подземных выработок. — МГГУ. — ГИАБ. — 2010. — № 2.
</ref><ref name="id64">Кайдо И. И. Проявление зональной дезинтеграции в поле напряжений вокруг подготовительной выработки. — МГГУ. — ГИАБ. — 2010. — №.8.
</ref><ref name="id65">Кайдо И. И. Особенности сохранения и формирования подготовительных выработок на границе с выработанным пространством при зональной дезинтеграции массива — МГГУ. — ГИАБ. — 2010. — № 3.
</ref><ref name="id66">Кайдо И. И. Формирование сечения выработки в два этапа в условиях зональной дезинтеграции — МГГУ. — ГИАБ. — 2010. — № 5.
</ref><ref name="id79">Кайдо И. И., Никишичев Б. Г., Саламатин А. Г., Соловьев А. С. Совершенствование технологии охраны подготовительных выработок на шахтах Кузбасса в условиях интенсивного горного пучения пород почвы. Учебное пособие. — М.: МГГУ, 1995.</ref>}}

== Литература ==
* Структурные уровни пластической деформации и разрушения / В. Е. Панин, Ю. В. Гриняев, В. И. Данилов и др. — Новосибирск: Наука, 1990.
* Черняк И. Л., Ярунин А. С. Управление состоянием массива. — М.: Недра, 1970.
* Зотов А. В., Саранин А. А. [[Магические кластеры]] и другие атомные конструкции. Самоорганизация упорядоченных наноструктур на поверхности кремния.
* Курленя М. В., Опарин В. Н. О масштабном факторе явления зональной дезинтеграции горных пород и канонических рядах атомно-ионных радиусов // ФТПРПИ. — 1996. — № 2.

{{rq|img|wikify}}

[[Категория:Горное дело]]
[[Категория:Научные мистификации]]