автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Энергообмен при деформировании и разрушении горных пород

'Л V

МИНИСТЕРСТВО ТОПЛИВА И ЭНЕРГЕТИКИ РОССИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА

вними

На правах рукописи

Кандидат технических наук ЛОДУС Евгений Васильевич

ЭНЕРГООБМЕН ПРИ ДЕФОРМИРОВАНИИ И РАЗРУШЕНИИ ГОРНЫХ ПОРОД

05Л5.11 — "Физические процессы горного производства"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

с.-петербург 1993

Работа выполнена в Государственном предприятии научно-исследовательском ш туте горной геомеханики и маркшейдерского дела (ВНИМИ) Минтопэнерго Россш

Официальные оппоненты:

академик РАН, доктор технических наук, профессор ШЕМЯКИН Евгений Иванова доктор технических наук, профессор КОВАЛЕВ Олег Владимирович доктор технических наук, профессор КУЗНЕЦОВ Степан Тимофеевич

Ведущее предприятие: ИГД им. А. А. Скочинского

Защита диссертации состоится "¿V" 1994 г.

в час. на заседании специализированного Совета Д135.06.01 при Государи

ном предприятии научно-исследовательском институте горной геомеханики и марк! дерского дела (ВНИМИ) по адресу: 199026, г. С.-Петербург, Средний проспект, 8 зал заседаний Совета

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института с 9 до 15 час. 30 ми

Автореферат разослан "«*' 1994 г.

Исх № ¿-/-иг

Ученый секретарь специализированного совета докт. техн. наук, профессор

В. М. Ш.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность_пдойлемы. Горные удары и выбросы, сопровождающие добычу полезных ископаемых, землетрясения и другие динамические явления, возникавшие при разрушении, наносят большой материальный ущерб и представляют собой сложные физические ароцзссы горного прокзэодсгэа.

Формы проявления динамических эффектов чрезвычайно разнообразны, также как и условия, при которых они возникает. Для успешной борьбы с этими явлениями недостаточно изучить отдельные признаки, по которым их можно предсказать. Необходимо изучить первопричину этих явлений - сам процесс энергообмена.

Зная общие закономерности энергооомена, можно не только предогвра-дать нежелательные динамические эффекты разрушения, но и находить 1аиболее экономичные пути разрушения при добыче полезных ископаемых, зри механической обработке изделий.

закономерности и процессы, определяющие энергообмен, имеют всеоб-ций характер, будь го деформирование больших геологических структур, зазрушение горной породы при добыче, деформирование и разрушение образца на прессе, механическая обработка заготовки детали и т.п.

Наиболее простой и доступный путь изучения закономерностей энергооомена состоит в исследовании деформирования и разрушения образцов ^огных пород на испытательных машинах. Этому и посвящена настоящая )абота.

диссертация является итогом целенаправленных исследований, выпол-1енных в рамках следующих научно-исследоЕагельских тем: 020430000 'Создать и освоить методы и средства прогноза и оорьбы с горными уда-звми и разработать научно обоснованные прогнозы ударооиасносги пластов в угольных бассейнах страны" к да Г.Р. 720X4049, 1У7Ы975 гг.;; 3206040000 "Развить теорию динамических явлений, создать и освоить ювые надежные методы и средства прогноза и борьбы с горными удара-1И в условиях комплексной механизации горных работ на удароопасных тлях и рудах С » Г.Р. 7б02Ь060, 1976-1980 гг.;; 0220601000 "изучить ! лабораторных условиях энергоемкость процессов деформации и разру-1ения серии удароопасных горных пород основных угледобывающих бассей-юв страны в условиях сложных напряженных состоянии при широкой вари-1ции скоростей нагружения с учетом запредельной области деформировали" ( Г.Р. 01В30071742, 1981-1985 гг.;; 0239016300 "разработать тех-[ические требования и составить рекомендации по созданио и совершенст-юванию безопасной и эффективной техники и технологии ведения горных 1абог на удароопасных угольных пластах, в том числе, одновременно 1КЛ0ННЫХ к горным ударам и выбросам * Г.г. 01860048993, 1986-1968 г;

0233I3I30I "Провести исследования по усовершенствование теории динамических явлений С fe Г.Р. 01860129921, I985-I98P гг.); 0239Ю2000 "Разработать методику изучения и прогноза физико-механических свойсп массива и механизма разрушения горных пород с учетом запредельного деформирования, температуры и внедрения породоразрушающего инструмента" С № Г.Р. 01690218612, 1990 - 1992 гг.); 0294442000 "Разработать i освоить кгмплекс мер по безопасной и эффективной эксплуатации рудны: нерудных месторождений и других объектов недр, склонных к горным ударам" С № Г.Р. 0189045Г31, 1992-1996 ГГ.).

По указанным направлениям в соответствии с темпланом ВНИМИ автор являлся ответегвенным исполнителем работ.

4®&£JL!ií£ííüL является повышение надежности прогноза динамических явлений на основе закономерностей энергоебмена при деформировании и разрушении горных пород.

Идея работы соогоит в использоэании универсального характера процесс оз энергообмена для изучения закономерностей анергообмена в натуре путем испытания образцов.

Для достижения поставленной цели решались сл

д/вщие задачи:

- исследовать закономерности изменения энергопотребления и знергоог дачи горных пород от условий энергообмена - вида напряженного состоя скорости деформирования, уровня напряжений разгрузки;

- исследовать закономерности изменения параметров реологических про цессов - релаксации, ползучести - при разных силовых условиях э допр дельной и запредельной областях деформирования и установить роль эти процессов в энергообмене;

- исследовать закономерности изменения энергосиловых, релаксационни характеристик горных пород от изменения структурных параметров: cocí ва, диаметра зерна, плотности, слоистости, контактных условий;

- разработать метод анализа энергообмена, учитыввощий новые закономерности и подходы и предназначенный для анализа динамических явлений в натурных условиях, проверить применимость метода путем анализа реальных динамических явлений, происшедших на разных месторождениях мира;

- разработать новые методы и аппаратуру для экспериментального изучения закономерностей изменения характеристик горных пород, определявших результат энергообмена.

заключается в установлении ряда новых законе-мерностей изменения энергосиловых свойств горных пород; в анализе и обобцьнии новых закономерностей применительно к энергоббыену ; в разработке новог£ метода анализа энергообменв с учетом схемы разрушения натурного элемента и с учетом роли реологических процессов;

в граро-аналигической проверке метода путем анализа реальных динамических явлений; в разработке новых методов и аппаратуры для структурных и реологических исследований, для изучения энергопотребления и энергоотдачи, для углубленного исследования энергообыена с наибольшим приближением к реальной обстановке; в организации и проведении теоретических, экспериментальных исследований, ч ны е _п о л о же н и я ^ы но с м ы е _на _з а ¡з игу:

I. На энергообмен влияит реологические процессы: релаксация напря-¿сений способствует еязкому бездинамичному разрушение, ползучесть, наоборот, повышает динамичность разрушения,

¿. Геологическая активность возрастает с учеличением пластических показателей породы независимо ог причин, вызывающих рост пластичности (.изменение структурных параметров, вида напряженного состояния;.

3. Повышение скорости деформирования обычно приводит к повышение прочностных свойств породы. Однако при определенных условиях наблюдается эф&ект скоростного разупрочнения. Энергоемкость также изменяется в ту или иную сторону, но независимо ог прочности,

4. Искусственные поликристаллы соляных пород, подученные путем механического прессования навесок «дельных кристаллов , адекватны по энергосиловым и реологическим свойствам естественным соляным породам, что позволяет исследовать связь свойств естественных пород

с их структурными параметрами на искусственных поликристаллах.

5. ЭнергосидоЕые свогства горных пород в массиве соотносятся так асе, как свойства образцов, представляв щи х эти породы. Это позволяет контролировать энергооймен в массиве путем использования закономерностей, установленных на образцах в лаборатории.

Достоверность_н^чдах_поло;кений обеспечивается широким диапазоном изменения внешних силовых и внутренних структурных условий, в которых получены новые законьмерносги; при испытаниях в услоЕиях одноосного, объемного нагрукения, при изгибе, косвенных методах нагружения, при испытаниях с разными скоростями деуормироЕания, при изменении структурных показателей (.диаметра зерна, состава, плотности; в пределах, соответствующих пределам изменения этих показателей в натуре; большим количеством экспериментов ^ около 8000 образцов ) ; широким набором горных пород (около двадцати разновидностей ) с разных месторождении; постоянным метрологическим контролем за экспериментальной аппаратурой; приведением специальных уточнявших исследовании на стадии разработки методов с целью выявления и устранения методических ошибок; совпадением пчельных результатов с результатами исследовании других авторов в сходшх условиях испытаний; соответствием условий возн.кновения динамических яглений в натуре динамического разруиения в эксперимен- • тах.

Методы исследований. ö работе использован комплексный метод, вклю чающий систематический контроль за изучением проблемы по научной л п тентной литературе, разработку методов и аппаратуры л проведение ис дований закономерностей и процессов экспериментальным путем, создани метода анализа энергообмена на базе полученных закономерностей, эксп ментальную проверку метода путем воспроизведшими реального энергооб на лабораторном оборудовании и путем анализа реальных динамических я лений на разных месторовдениях страны и за рубежом.

Научная новизна работы заключается а следующем.

1. Исследована роль реологических процессов в энергообмене и уста новлено, что релаксация напряжений снижает энергозапас в окружающих родах и способствует тем самым снижению динамичности разрушения, а зучесть, наоборот, повышает динамичность разрушения за счет снижения сущей способности разрушаемого элемента. Показано, что в рэальной об новке эти процессы протекают одновременно, а преобладание одного из зависит от жесткости нагружающей системы: повышение жесткости актлви рует релаксацию, снижение - ползучесть.

2. Обнаружено, что, наряду с повышением прочности с ростом скорос деформироэания, горные породы проявляют эффект скоростного разупрочн ния. Эфрект зыязлзн на разных породах (соли, угли, песчаники), при { ных видах напряженного состояния (сжатие, косвенное растяжение, ежа! под гидростатическим давлением разного уровня), при разных диапазоне измения скоростей (при медленных скоростях, близких к скоростям пол; чести, при средних скоростях, соогзегстзующих скоростям машинной ort ки, при ударных взрывных скоростях). Спад прочности в диапазоне де£ вия эффекта составляет для разных пород и условий от нескольких npi тов до нескольких сотен процентов. Энергоемкость также зависит от ci роста деформирозания, но характер ее не всегда совпадает с характер! изменения прочности.

3. Установлены новые закономерности изменения энергосиловых свой( иоляных пород от структурных характеристик. При изменении среднего , метра зерна в пределах, характерных для массива, происходит двухкра' изменение прочности, многократное изменение до- и запредельной энер емкости деформирования, модулей упругости, спада и других характера тик пород. При ичмененли состава смеси каменной соли с калийной в п делах полного замещения ядной соли на другую прочность изменяется л нейно а два-три раза. При изменении плотности э пределах, характер для натуры, прочность изменяется в три-пять раз, энергоемкость и дули деформации до и за пределом прочности - более чем на порядок.

Установлена связь реологической активности с плаотическими по зателями пород. Пластические свойства, повышающиеся вследствие

меньшения диаметра зерна, погашения плотности породы, повышения со-еркания пластичной компоненты, повышения гидростатического давления, опровоадается пропорциональным повышением реологической активности ороды.

5. Обнаружена способность горных пород высвобовдать упругую энер-ию, находясь в запредельном состоянии как в условиях одноосного сжа-ия, так и при обьешдах напряженных состояниях. Количество высвобож-,аемой энергии во всех случаях пропорционально квадрату начальных :апрякгяая разгрузки.

6. Установлена возможность прогнозирования результатов онергообив-¡а в горных породах на основе изучения закономерностей экергообмена ¡ри испытаниях образцов, поскольку свойства пород, являвшихся разру-1аемнм элементом, и пород, являющихся нагружавшей системой в массиве, ^относятся мевду собой гак, как свойства образцов, представляющих юответсгвующие породи. На этой основе разработан метод анализа ди-шмических явлений в натурных условиях с использованием законпмер-юстей энергообмена на образцах и заключающийся в графическом сопос-'авлении энергопоглощающих свойств разрушаемого элемента с знергоог-(ающими свойствами нагружающей системы с учетом степени и характера 1азвития реологических процессов.

7. Разработаны новые методы и аппаратура для изучения энергосило-шх свойств горных пород (метод и аппаратура для структурно-механи-¡еских исследований на искусственных поликристаллах, для изучения ¡елаксации в запредельно;! области деформирования, для изучения раэ-■рузки в запредельной области деформирования, для динамического энер-'оподвода, датчики нагрузок и деформаций для измерения в разных, в ■ом числе, стесненных, условиях). Все разработки защищены патентами 'оссии на изобретения.

Научное_значение работы состоит в установлении и обобщении новых ■ аконсмерностей, раскрывающих природу динамических явлений при энер-■ообмене и обеспечивающих их прогноз и предотвращение.

П£актическое_значение работы состоит в следующем.

1. Полученные закономерности повышают достоверность прогноза и на-1е«носгь предотвращения динемических явлений в массиве за счет учета тзиенения структурных характеристик по мере отработки пласта, за счет гчега изменений технологических условий отработки (скорости движения (ашины, вида напряженного состояния, уровня горного давления), за :чет учета степени и характера развития реологических процессов (репарации, ползучести) на элементах массива.

2. Разработанный метод анализа энергообмена посредством простейшего графического сопоставления энергопоглощения, энергоподвода, реоло-'ии, обеспечивает надежный текущий непрерывный контроль за янергооб-

менной обстановкой в массиве и своевременное принятие практических решений по предотвращение опасных эффектов разрушения.

3. Разработанные методы и аппаратура, основанные на использовании простейшего стандартного силового оборудования для решения слоиных методических задач, обеспечивает быстрое и дешевое накопление экспериментальных данных о свойствах горных пород в лабораториях разной технической оснащенности.

4. Разработанный метод и аппаратура для получения искусственных поликристаллов обеспечивают создание новых материалов с наперед заданными свойствами на основе отходов горного производства, подбирать технологию и рецептуру для брикетирования углей.

5. Разработанные датчики с независимой регулировкой чувствительное ги от диапазона измерений-позволяй контролировать деформации объектов большого размера типа целиков по изменению их периметра. Датчики длз работы в стесненных условиях повышай точность наблсдения за разными объектами.

Реализация работы.

1. Результаты исследований и практические рекомендации автора вошли составной частью в

- методические указания по прогнозу удароопасности рудных и нерудных месторождений (ВНИМИ, начиная с 1978 г.);

- инструкции по безопасному ведению горних работ на рудных и нерудных месторождениях, склонных к горным ударам (ЗНИМИ, 1980 и начиная с 1988 г.) ; '

- каталог механических свойств горных пород при длительных испытаниях в условиях одноосного сжатия (ЗНИМИ, 1973 г.);

' - каталог механических свойств горных пород при широкой вариации видов напряженного состояния и скорости деформирования (ВНШИ, 1978 г

2. Ряд методических и технических решений, защищенных патентами России на изобретения ( №№ 567961, Ю27575 , 894437,-1033909 , 978004, 1176195, 998851, 966596) внедрен во ВНИМИ и используется в научных исследованиях.

3. Результаты ¡научных исследований автора внедрены на ряде проектных, научно-исследовательских институтов и предприятий: в воинской шети 13С73, в научно-исследовательском институте открытых горных абот (НШОГР) в Челябинске, в Белорусском НИИГК горной и химической ршышленности, в объединении "Воркутауголь", в Среднеазиатском ПО по обыче угля "Средазугодь".

4. Результаты методических и технических разработок автора исподь-уются в смешных областях деятельности: при создании ноеых материале« заданными свойствами (подготовлен к промышленному освоение огвеупор-ый материал Талпор), при отработке технологии и рецептуры по брикети-

рованию углей, при создании новых товаров народного потребления.

работы. Основные положения работы докладывались и получили одобрение: на 1У Всесоюзном совещании по физическим свойствам ^орных пород и минералов при высоких давлениях и температурах (Тбилиси, 1974); на У Всесоюзном совещании по динамическим свойствам горных юрод (Баку, 1978) ; на Ш Всесоюзной конференции по разрушению горных юрод при бурении скважин (Уфа, 1982); на отраслевой нау чно-гзлничес-соп конференции по вопросам совершенствования добычи и переработки :алийных солей (ЗНИМГ, 1981); на совещании научного совета по проб-1еме "Новые процессы и способы производства работ в горном деле" ,КГа им. А.А.Скочинского, 1978); на семинаре по механике разрушения .ЛГй, 1989); на 71 Всесоюзной конференции "Разрушение горных пород 1ри бурении скважин" (Уфа, 1966); на отраслевом научном семинаре п;> ■еории и практике разрушения углей и горных пород применительно к созданию эффективных средств разрушения для очистных и го дг-отовигель-их выработок (Москва, 1978); на I Всероссийском семинаре пс физике механике разрушения горных пород (ВНИМИ, 1993); на X Международной онференции по механике горных пород (Москва, 1993).

Ц£бликации. По вопросам исследования энергообмена при разрушении .втором опубликовано НО статей и патентов на изобретения. Основное одержание диссертации изложено в 70 работах, включая два каталога в о г;с тв горных пород.

Сбьам ___й_сгр£кгща работы. Диссертация состоит из введения,

глав с выводами по каждой из них, содержит 165 рисунков и одну габ-ицу, изложена на 398 страницах машинописного текста и имеет список итературы из 198 наименований.

С 0 д 1 Р л А й И Е Р А £ С Г а

Знергообмен является одним из самых распространенных процессов в кружащем мире. Он протекает как в живой, гак и в неживой природе, ормы его проявления чрезвычайно разнообразны. Изучение каждой новой акономерности проявления энергообмена является заметным шагом'научно-ехнического прогресса.

Одна из форм энергообмена возникает при силовом взаимодействии заду твердыми телами, одно из которых является энергоносителем, или агружаюирй системой, другое - энергопотребигелем, или разрушаемым цементом. Именно такой энергообмен сопровоадаег добычу полезных ^копаемых, и при определенных условиях результатом энергообмена ставятся динамические эффекты разрушения - горные удары, выбросы и т.п.

Динамические явления в ф> рме горных ударов известны в мире уке боге ста лет, и их изучению посвящены работы Авершина С.Г., Айруни А.Т.,

Баженова А.И.-, Бича Я.А., ^грчаковв A.C., Кузнецова В.П., Кузнецова C.B., Линькова A.M., Никелина В.И., Пегросяна А.Э., Петухова И.М. Проскурякова Н.М., Ржевского В.В., Сидорова B.C., Ставрогина А.Н., Тарасова Б.Г., филинкова A.A., Ходота В.Б., Христиановича С.А., Беня: ски 3., Бланкса П., Генри Д., Макгграфа П., Пфорра X., Тома К., Фармера Я., Ферхерста Д., Хадсона Ф. и других.

Аналитические и экспериментальные исследования причин и форм разр; шения горных пород содержатся в работах Ардашево K.À., Булычева Н.С. Вагина Э.Б., Виноградова В.В., Гривцова В.А., Денисова С.Е., Зорина А.Н., Капусгянского С.А., Константиновой С.А., Кузнецова Г.Н., Кузнецова С.Т., Мансурова В.А., Матвеева Б.В., Протодьяконова И.М., Реву-кенко А.Ф., йгппенейга К.В., Ставрогива А.Н., Усачешсо Б.Н., Фадеева А.Б., Хрисгиановича С.А., Чиркова С.Е., Шемякина Е.И. Большое внимание деформирование и разрушений соляных пород уделяют Барях А.Б., Бергман Э.И., Водопьянов В.Л., Гелаев Н.З., Ержанов Ж.С., Иофис М.А., Картаиов D.M., Ковалев О.В., Крайнев Б.А., Ливекский В.С Нестеров М.П., Николайчук H.A., Оксенкруг E.G., Пермяков Е.С., Полянина Г.Д., Проскуряков Н.М., Титов Б.В., Черников А.К.

В результате совместных усилий происходит интенсивное продвижение в изучении энергообмена при разрушении горных пород. Уже ясно, что динамические явления, происходящие в форме горных ударов, выбросов и т.п., возникают не из-за особых свойств разрушаемой породы, а являют ся результатом определенных условий энергообмена- между окружающими породами и разрушаемой породой. Доказательством этого служит Еязкое разрушение любых горных пород на жестком испытательном оборудовании. Ряд ученых считает, что для динамичного энергообмена необходимо достичь предела прочности разрушаемой породы, иметь на окружающих породах запас энергии, больший, чем разрушаемая.порода способна поглотить, и подводить энергию со скоростью, большей, .чем скорость поглощения энергии разрушаемой породой. 0 создании динамического эффекта важную роль играет релаксация напряжений (по И.М.Пегухову): динамический эффект возникает, когда скорость высвобоадения упругой энерги из нагружающей системы превосходит скорость релаксации напряжений на разрушаемом элементе.

Анализ работ специалистов-солевиков показывает, что динамические эффекты должны быть эаконвмерным образом связаны со структурными изм нениями соляных пластов: частота и интенсивность динаыических.явлени изменяются при изменении состава породы, диаметра зерна, плотности, пористости. Частота и интенсивность динамических явлений на солях, возрастают также с увеличением глубины отработки, в зонах геологических нарушений типа трещин, мульд погружения, изменения мощности .пластов С Проскуряков H.H., Ковалев О.В.)- Связь структурных пара-

негров с динамикой разрушения проявляется, видимо, через энергосиловые свойства пород, и эги закономерности необходимо выявить экспериментально.

Роль релаксации напряжений в энергообмене не вполне понятна: акт разрушения в динамичной форме протекает за доли секунд, и за это Ере-ля релаксация не моавг внести заметные изменения в характер энергооб-лена. Релаксация, видимо, участвует в подготовке акта разрушения, но <аким образом - из известных работ'неясно. Неизвестно также, сохраняется ли способность горных пород к релаксации напряжений в запредельной области. Не раскрыта связь релаксации со структурой, видок впряженного состояния, слоистостьи, условиями на контакте меаду энер-■'ообменивающимися породами.

Не выяснена роль в энергообмене Еторого реологического процесса -юлзучесги. При собственно разрушении ползучесть ке может оказать сильного влияния на динамичность обмена. Однако при известных условиях :ам процесс ползучести приводит к разрушение, притом динамичность разрушения после ползучести чрезвычайно высока. Значит, ползучзегь, :ак и релаксация, ведут подготовку системы к энергообмену, и необхо-шмо исследовать параметры этого процесса и детали его участия в >нерго обмене.

Оценить энергоотдающие свойства горных пород, особенно в запре-1ельном их состоянии, в зависимости от урогня начальных напряжений, Iида напряженногс состояния, из анализа известных работ не представ-1яется возможным. Почти отсутствуют сведения и о диаграммах энергоот-1ачи горных пород.

Известные зависимости прочности и пластичности ( Ставрогин А.Н., 1внсуров В.А. ) от скорости деформирования говорят о том, что и энер-'опоглощающие свойства горных пород должны зависеть от скорости энергс-юдвода. Поскольку в реальной обстановке энергоподвод осуществляется : самыми разними скоростями, то без знания этих закономернюгей про-юдить анализ энергообмена в натуре невозможно.

Между разрушением образца горной породы на прессе и разрушением погоды в натуре есть много общего. Баланс энергии разрушения образца на ¡рессе определяется соотношением модуля спада.образца и модуля раз-■рузки пресса в момент достижения предела прочности образца (.Тарасов З.Г.). Достижение предела прочности - один из видов разрушения. При :олзучести разрушение'происходит при напряжениях, меньших кратковре-енного предела прочности, как и при циклических испытаниях, разруиение ¡ез повышения внешней нагрузки до уровня предельной имеет место в ;атуре при послойной отработке элемента массива. Эги схемы разрушения существующих моделях эьергообмена не рассматриваются.

Необходимость изучения этих.вопросов позволила сформулировать цель задачи настоящей работы.

Мег оды _а п п а {¡а ту£ а _д л я _эк с п е£им е н г а ль ны х с с л ед_о в ан и й

Для решения поставленных задач экспериментального изучения энергообмена разработан комплекс методов и аппаратуры для их реализации.

Метод сщкгщнс-механических испытаний предназначен для изучения с¿язи энергосиловых характеристик горных пород со структурными показателями (составом породы, диаметром зерна в поликристалле, плотность породы).

Метод заключается в изучении указанных связей на образцах искусственных поликристаллов, получаемых методом прессования из отдельных кристаллов солей. Напряжения, возникавшие на границах мевду зернами при механическом обжатии, приводят к взаимному сцеплению зерен на молекулярном уровне, что создает монолитный поликрисгаллический агрегат с заданными структурными параметрами. Распределение зерен по их диаметру, соотношение между компонентами солей разного типа задается е навеске кристаллов, плотность поликристалла регулируется величиной усилия прессования навески.

Механизм перемещения зерен при прессовании в механической пресс-Форме сложен, не обеспечивает равномерного распределения плотности по объему готового поликристалла при высоких ус чиях прессования (при высокой плотности). Последующее всестороннее обжатие поликристалла в гидравлической пресс-форме выравнивает плотность по всему объему и приводит поликристалл в соответствие с реальной породой.

Метод обеспечивает получение поликристаллов с прочностью от нескольких МПа до нескольких сотен МПа, при этом поликристаллы имеют заданные характеристики по плотности (плотность регулируется от 1,7 т/м3, что.близко к плотности кристаллов в россыпи, до 2,18 г/м3, что близко к плотности монокристаллов), по диаметру зерна (диаметр зерна изменяется от пылевидных фракций менее 0,18 мм до нескольких мм), пс составу (от полного замещения одной Фракции в смеси на другую фракцию). Разброс частных значений показателей прочности в группе одинаковых поликристаллов не превышает 5%. Время изготовления одного поликристалла составляет 5-7 минут.

Метод включает экспериментально полученные номограммы, связывающие условия прессования с энергосиловыки характеристиками, которые необхс димо иметь в готовом поликристалле.

На полученных таким путем поликристаллах, отличающихся друг Ст дру га по одному из структурных показателей, проводят механические испыте ния е определенных условиях и в результате выявляют роль данного структурного показателя в формировании энергосиловых свойств породы при данных условиях испытаний.

Для изучения £елжсщии_нап£якений разработаны три метода и соответствующая аппаратура для их реализации.

Метод для изучения релаксации напряжений сжатия в допредельной и ¡апредельной областях деформирования основан на использовании нежесг-,ого стандартного прессового оборудования и заключается в одновремен-юм нагружении на прессе образца и одного из специальных конструктив-шх элементов. Особенностью конструктивных элементов является нарас-•вющая характеристика жесткости. Это - пружины с переменным сечением ¡итка, наборы разрезных колец, вставленных друг в друга и повернутых 1Тносигельно линий разреза. Совместное деформирование образца и гако-"о элемента на стадии потери образцом несущей способности приводит к 'ому, что спад нагрузки на образце компенсируется более активным ростом сопротивления на элементе, деформирование идет с постоянным ?нер-'оподводом со стороны пресса, т.е. в управляемой режиме. После выхода з заданную точку на диаграмме де$орииривания оиразца создаются усло-зия для релаксации напряжений с помощью дополнительных упоров.

;<;егсд для изучения релаксации напряжений при изгибе образца реа-д«1зуи:ся з матрицах с криволинейным пазок. Депортирование образна иь-гибом идет не за счет энергии пресса, а за счет упругой энергии »сч-рицы. Пресс лишь обеспечивает проталкивание образца едоль паза. Ьесг-<осгь матрицы намного выше жесткости стандартного пресса, что создает лучшие условия для релаксации напряжений при гаком методе испытаний.

Метод для изучения релаксации напряжений в слоистой породе заклю-1&ется в использовании слоистых образцов, приготавливаемых из образцов пород с разной релаксационной активностью. Группа слоистых образцов, отличающихся друг от друга соотношением годины слоев активной и твссивной пород, подвергается механическим испытаниям в равных условиях эксперимента, что и позволяет выявить влияние слоистости на релаксационную активность сложных порсдныл и.чггвтсв.

В состав аппаратуры для изучения релаксации Влсдяг такие измерители интегральной нагрузки оригинальных конструкции с низким показателем дрейфа (менее О.э* за все время измерении;.

Метод для изучения влияния скорости эне^го подвода в диапазоне быстрых скоростей заключается в перебросе энергии, предварительно накопленной в системе гидравлического нагружателя, к исполнительному гидроцилиндру через соединительный вентиль, дли гель несгь процесса погружения регулируется в пределах от нескольких сек;, яи до десятых доле;; секунды.

Для изучения энергосиловых характеристик пород при растяжении разработаны два метода и соответствующая аппаратура, основанные на известных способах косвенных испытаний. Первый мепд основан на раскалывании образца двумя шариковыми соосными инденгорами, второй метод основан на изгибе образца, опертого fio контуру. Аппаратура, предназначенная для реализации этих методов, дополнительно снабжена датчиками переме-

чений инденторов, чго позволяет получать диаграммы деформирования и проводить на их основе оценки изменения экергосиловых свойств пород при изменении условий испытаний, в частности, скорости энергоподвода.

Для изучения э^едгоогдачи пород разработана аппаратура, обеспечивавшая разгрузку образца как в допредельной, так и в запредельной областях деформирования, для этого создано нагрузочно-захватное устройство, работающее с камерами высокого давления А.Н.Сгаврогина. Метод разработан совместно с Р.Г.Хлопотовым.

Ряд дополнений, сделанных автором в методику и аппаратуру для исследования ползучести, разработанную А.Н.Ставрогиным, позволил повысить точность определения долговечности ( за счет устройства для фиксации момента разрушения образца в любое время суток), расширить информативность испытаний (за счет искусственной активации процесса ползучести и за счет приемов для создания разных энергозапасов на нагружающей системе).

Испытательный комплекс включает в себя ряд измерительныхХЦ-ройсгв, решающих различные задачи в зависимости от условий применения. Серия датчиков дискретного типа записи (винтовые, часовые, ленточные) применяется при регистрации сравнительно больших деформаций, включая деформации в запредельной области, при автоматической записи. Тензометры с измерением продольных и поперечных деформаций в одной зоне по длине образца применяются при испытаниях в стесненных условиях, в камерах высокого давления.

Разработка пресс-форм и датчиков дискретного типа проведена совместно С А.Н.Ставрогиным и О.А.Ширкесом.

Все основные позиции испытательного, комплекса защищены авторскими свидетельствами и патентами России на' изобретения.

Закономэрнооги изменения энергосилозых и реологических характеристик горных пород

Экспериментальные исследования энергосиловых и реологических характеристик горных пород заявили ряд новых закономерностей их изменения.

При исследовании эбаямосвязи энергосилоэых характеристик со структурными параметрами выявлена существенная-зависимость этих характеристик от состава породы. Так, на рис. I а даны полные диаграммы деформирования соляных поликристаллов разного, состава: диаграмма I - для поликристаллов чистой каменной ооли, диаграмма 2 - для поликристалла, представляющего окесь каменной соли с каллйноЛ солью при разном соотношении между ними, диаграмма 3 - для поликристаллов чистой калийной соли.

Рис. I. Полные диаграмма деформлрозания пород разного состава (а) л разной плотности (б;

Постепенное замещение одной соли на другую дает плавное изменение прочности, пластичности, модуля спада, общей энергоемкости разруаэния

Изменение плотности также приводит к большим изменениям энергосяло-аых характеристик поликристаллов (рис. I б): с ростом плотности от 1,73 т/м3 до 1,97 т/м3 происходит увеличение прочности, пластичности модуля спада, энергоемкости разрушения в несколько раз.

Изменение диаметра зерна также закономерно изменяет энергосиловые характеристики пород: с ростом диаметра зерна снижается прочность юликристаллов, происходит их охрупчивание. Эта закономерность сохраняется при разных зидах напряженного состояния: при одноосном сжатии, три сжатии под гидростатическим даалением разной величина, при одяогс-;юм и дзухосном косвенном растяжении.

При изменении скорости энергоподэода влияние диаметра зерна оста-этся прежним, но для каадой скорости эн-зргоподвода подучена разная мтенсивность этого влияния.

Обработка закономерностей изменения пределов прочности и упругости эт диаметра зерна с привлечением известного правила Петча-Холла показывает, что скорость энерголодэода не влияет на сопротивление границ зерен поликристалличеоких агрегатов. Скорость энергоподзода изменяет «пряжение течения дислокаций внутри кристаллов. Гидростатическая Еомпоненга напряженного состояния изменяет как напряжение течения деояокациЯ, гак и величину сопротивления'границ зерен. Изменение

плотности поликристалла вызывает /величание и сопротивления границ зерен, и напряжения течения дислокаций.

Активность процесса релаксации напряжений, как известно, существенно отличается от породы к породе при регистрации процесса на допредельной стадии деформирования. Удалось определить, что горные породы сохраняют способность к релаксации напряжений и в запредельной области деформирования, причем породы, более релаксационно активные на стадии допредельного деформирования, оотаютоя таковыми и в запредельном состоянии. По степени убывания релаксационной активности исследованные породы составляют следующий ряд: бокситы, бурый уголь, калийная и каменная соли, каменный уголь, сланец, мрамор, песчаники, апатиты.

Диаграммы деформлроэания при непрерывном нагружении показаны линиями I для калийной соли (рис. 2 а) и для горючего сланца (рис. 2 б). Линиями 2,3,4 показаны уровни напряжений, до которых происходит релаксация соответственно через 10 с, 40 с и 3 минуты после начала процесо! релаксации. За одно и го же время развития процесса, например, за Э мин, напряжения на соли релаксируют намного активнее, чем на сланце, и это соотношение сохраняется как в допредельной, так и в запредельной областях деформирования.

40 30 20 10

С.МПа

1 /Ос 40 с Зит

£5 Лс2 % 3

г

X

50

25

МПа

V -6-1 3 мин

¿•V /

/ V

/ —

1.-10-

¡0

4, га-

Рис. 2. Диаграммы деформлроэания и уровни напряжений после релаксации в калийной соли (а) и в горючем сланце

Сооношение релаксационной активности разных пород сохраняется и при деформирозании под гидростатическим давлением.

Релаксационная активность напрявении в образцах разных пород при изгибе соотносится гак ие, как и сиимающих напряжении.

Период наиболее активной релаксации напряжений составляет первые секунды-минуты от начала процесса, независимо от того, на какой стадии - допредельной, запредельной, на пределе прочности - находитоя порода.

При напряжениях, меньших предела упругости, релаксация практически 5гсутсгвует.

С ростом уровня напряжений за пределом упругости происходит возрастание величины релаксации напряжений.

Гидростатическая компонента активизирует релаксацию дифференциаль-юго напряжения сжатия, а также увеличивает период активной релаксации Зависимость величины релаксации дифференциального напряжения от

¡еличины гидростатической компоненты 6^ имеет вид:

Дб* = (Aög.o. + V62),

'де Д6 релаксация при одноосном сжатии ; К^ - эмпирический коэффициент .

Заэисимосгь времени активной релаксации от величины гидростатической компонетны 62 имеэт эид:

. t»- toP.c. + М2'

'де Ъ о.с.~ время активной релаксации при одноосном сжатии ;

- эмпирический коэффициент.

Релаксационная активнреть пород увеличивается с ростом пласгичес-сих показателей породы, независимо от того, улучшаются пластические ¡войства в связи с изменением вида напряженного состояния, структур-шх показателей или по другой причине. Связь релаксационной актив-гооти ДбР с пластичностью Дь^, для уровня напряжений, близкого к |ределу прочности, выражается зависимостью: Д6Р =ДбР + Kg СД6j )•

где А 6 $ - релаксационная активность при одноосном сжатии ;

- эмпирический коэффициент.

Если зеличина гидростатической компоненты изменяется в процессе де-зормлрозания, т.е. нагр/жение идет по сложному пути, то это отражается ш релаксационной активности и энергосилоэых характеристиках следующим эбразок: снижение гидростатической компоненты уменьшает активность релак-!ации, уменьшает общую и запредельную энергоемкость разрушения, уэели-говаэт модуль спада породы. Повышение гидростатической компоненты пос-:е ее снижения приводит к восстановлению активности релаксационного ¡роцесса и к увеличению запредельной энергоемкости разрушения.

Релаксация а дзухкомпонентной породе определяется соотношением активной и пассивной компонент: с ростом доли активной компоненты пара-«етры процесса релаксации закономерно возрастают. Так, релаксационная 1КТизносгь Д6 см смэси зависит о* зма первой компоненты Vj и объема второй компоненты Vg следу* 4им образом: Дй см

Tie Д6} - релаксационная активность первой компоненты ; Кем ~ эм~ мрическлй коэффициент.

Релакоация более активна в породе в большей плотностью, и этч сэя-зано с большими пластическими показателями более плотных соляны> полк кристаллов.

Релаксация более активна в породах с меньшим диаметром зерна и э< также объясняется большими пластическими характеристиками агрегатов с малым диаметром зерна.

Закономерность изменения релаксационной активности в слоистой породе оостоит в том, что активность нарастает по мэре увеличения толщины слоя активной породы:

Дйр = с Д6 Рас ♦ _),

ил ТП/акт + ТИ/Пас

где и т» „ - толщина соответственно слоя активной и пассивной

«кт пас а/ Р

в реологическом отношении пород; ДО пас - реологическая активность

пассивной породы ; к - эмпирический коэффициент, сл

В условиях, когда релаксационный процесс сосредоточен на контакте слоев двух пород, активность процесса зависит не столько от величины и количества неровностей на контактирующих поверхностях, сколько от точности взаимной "подгонки" этих неровностей. При плохом совпадении неровностей контакта релаксация активна и сосредоточена в зоне контакта. При точном совпадении выступов со впадинами на контакте релаксация рассредоточена по всему нагружаемому объему и активность ее близка к активности монолитного образца.

При исследовании влияния скорости энергоподвод на энергосиловые характеристики пород установлено следующее.

Породы с разным диаметром зерна одинаково реагируют на изменение скорости энергоподвода, а именно: при любом фиксированном значении диаметра зерна происходит увеличение предела прочности, предела упругости, оникение пластичности и общей энергоемкости разруиения, увеличение модуля спада с ростом скорости энергоподвода.

Породы резного состава, разрушаемые с разными скоростями энергоподвода, изменяют свои энергосиловае характеристики, но при этом соотношение мевду характеристиками пород разного состава при любой фиксированной скорости сохраняется. Так, энергоемкость полного разрушения смесей даух солей повышается с ростом процентного содержания одной из солей при люс!ой фиксированной скорости по зависимости:

' П ш П}. + кп • Ур где - энергоемкость разрушения однокомпонэнтной породы»;

- доля первой компоненты в смеси ; Кп - эмпирический коэффициент.

Пластичность этих же смесей при фиксированной скорости изменяется

по зависимости: т „хтг

Д£Х = Д61 +К£-УГ

I X

где Дб ^- пластичность однокомпонентной породы; К£ - эмпирический

коэффициент.

При любой другой фиксированной скорости энергоподаода аид этих зависимостей сохраняется, изменяются параметры приведенных уравнений.

При эидах напряженного состояния, практически исключающих развитие

пластических деформаций (одноосное и двухосное косвенное растяжение) ке обнаружено однозначного влияния скорости энвргоаодводе на прочностные л энергетические свойства пород: прочность и энергоемкость таких пород, как каменная соль, каменный уголь снижаются с роете--! скорости энергоподаода, а прочность антрацита, калийной соли и-других пород возрастает при тех же условиях энергоподвода.

При напряженных состояниях, допускающих развитие пластических деформаций пород (одноосное сжат.:е) горные породи также нэ имзот одинаковой реакции на изменение скорости знергоподэода: прочностные, пластлчзсг.ле, энергетические свойства отдельных пород могут как возрастать, гак к сни*пгм>я с ростом скорости деформйроаа»;«я. 11?;* г»гоу характер изменения свойств такой же, как и а условиях косвенного растяжения.

3 присутствии гидростатической компоненты реакция пород на изменение скорости энергоподаода не всегда совпадает с реакцией при других напряженных состояниях. Прочность каменной соли, например, растет с ростом скорости при наличии гидростатической компоненты, хотя она снижалась при одноосном сжатии и растяжении.

Снижение прочности с ростом скорости деформирования, или эффект скоростного разупрочнения, оказался широко распространенным в горных породах. Он проявляется как на разных породах (соли, угли), гак и при разных эидах напряженного состояния (сжатие, растяжение, сжатие при объемном нагрулении с гидрокомпоненгой разного уровня), прл разных диапазонах изменения скоростей (при медленных скоростях, близких к скоростям ползучести, при средних скоростях, соответствующих скоростям машинной отбойки, при ударных взрывных скоростях).

Спад прочности в зоне действия эффекта скоростного разупрочнения составляет для разных пород и разных условий от нескольких процентов до нескольких сотен процентов.

При исследовании энергосияоаах свойств а условиях растяжения косвенными методами - раскалывание шариковыми инденторами (одноосное растяжение), изгиб гонких диаков, опертых по контуру (двухосное растяжение по Я.Б.Фрйдману) установлено следующее.

Прочность и энергоемкость разрушения при растяжении, полученные на разных породах, соотносятся меаду собой примерно гак, как соот-

носятся эти .же показатели при других видах напряженного состояния; более прочные и энергоемкие породы в условиях сжатия являются более прочными и энергоемкими при растяжении.

Одноосное и двухосное косвенное растяжение показали принципиально различие в энергосиловых показателях мевду выбросоопасным и невыброс опасным песчаниками. К известному факту о том, что иыбросоопасный пе чаник имеет вдвое меньшую прочность на отрыв, чем песчаник невыбросо опасный, добавились данные о том, что и энергоемкость разрушения выб росоопасного песчаника вдвое меньше по сравнению с невыбросоопасным песчаником. Данные относятся к ударным окоростям энергоподвода.

При изучении энергоотдачи горных пород обнаружено, чт это свойство присуще им нэ только в допредельном, но и в запредельно состоянии.

Энергоотдача пород с разных начальных уровней нагрузки осуществля ся по диаграмме разгрузки, характеризуемой модулем разгрузки. Модуль разгрузки Е^ пород имеет определенное соотношение с модулам упру-

гости Еу

К£ =

ЕУ

Для калийной соли Кц = 1 , для каменной соли = 2,ээ.

Количество выделяемой энергии п при энергэогдаче связано с урозн

с

напряжений Ос начала разгрузки выражением:

пс = V 6 о

Эмпирический коэффициент К0 для каменной соли рааен 0,7, для ка лийноЛ соли - 0,3.

Энергоотдача материала, находящегося в запредельном состоянии, пр ходит по диаграмме, модуль которой близок модулю разгрузки в допреде ном состоянии.

Количество выделяемой энергии при отдаче з запредельном состоянии связано с уровнем начального напряжения выражением:

При этом

*э3 = V

Разрушение образцов при ползучести происходит при достижении деформациями ползучести некоторой критической величины, кого рая сопоставима с деформациями образца, полученными а запредельной области дерормиро¡ания при уроане напряжений, равном напряжениям при ползучести.

/слояно-мгно¡енкые деформации, развивающиеся при нагружэнии образ до заданной величины напряжений ползучести, сопоставимы по величине с деформациями, получаемыми при непрерывном нагрунении со скоростями близкими к скоростям при стандартных испытаниях ( 10с"^ ).

Поверхностно-активные вещества существенно активизируют процесс олзучесги и сокращает долговечность образцов. Для соляных пород оверхносгно-акгивным веществом является влага, содержащаяся в аг-осфере. Сезонные колебания влажности в атмосфере лаборатории, а так-:е искусственное увлажнение поверхности образца вызывают увеличение коростен ползучести на два порядка и соответствующим образом сокра-¡аот долговечность соляных пород'. Активизация ползучести тем больше, ем выае открытая грещиноввтость материала.

^ ^'¿де.й?.?.?.У.5. «ьв та п _с и_сг ен ы ^ ™-'1 ен г ом

При анализе энергссбмена неж^у нагрс, «ыоцей сисгеко* и разрушаемым лементом во внимание принимают, как правило, только один вариан? модействия - непрерывное нагружение разрушаемого элемента до предела рочности. ларакгер разрушения при этом про.гнезпругт путем сопосгавле-ия характеристики жесткости нагружающей системы п характеристик": ло-ери несущей способности разрушаемого элемента: при превышении модуля пада над модулем разгрузки системы разрушение ожидается динамичным и

тем большим эффектом, чем больше это превышение.

Згог вариант взаимодействия позволяет объяснить влияние многих лак-оров на результат энергообмена. Так, зависимость характера разрушения т структурных изменений породы, от вида напряженного состояния, ско-ости деформирования объясняется тем, что при этом изменяются запре-ельиые характеристики пород, г частности, модуль спада. Однако многое сгаегся неясным, непонятна роль реологических процессов г ■рормирова-ии характера разрушения. Акт разрушения в динамичней форме краткосре-ен, за время его пр*гекания реологические процессы нь могут внести умственных изменении в характер разрушения. Зги крьцессн могут ска-аться только на стадии, предшествующей неуправляемому разрушению.

Разрушение может бить достигнуто и без повышения напряжений до пре-ела' кратковременной прочности, и для этого существует несколько ва~ иантов,

На рис. 3 представлена диаграмма 0-1 деформирования разрушаемого элемента при непрерывном нагрукении. По известному варианту взаимодействия нагружающей системы с разрушаемым элементом характер разрушения определился бы путем сопоставления диаграммы I спада ооразца 1 диаграммы 2 разгрузки пресса, причем диаграмма 2 должна быть вос-:гано.злена из точки, соответствующей пределу прочности разрушаемого злемента (образца).

Однако в любой точке, например, в точке А, непрерывное деформирование может быть прекращено и характер взаимодействия системы и элемента изменен. Так, если с этого момента нагрузка поддерживается

постоянной, то в материале образца развивается процесс ползучести и деформирование идет по линии АБ^. При подрастании деформаций ползучести до величин, близких к деформациям на запредельном участке I диаграммы непрерывного нагружения, наступает акт неуправляемого динамичного разрушения.

Если в точке А создаются условия для релаксации напряжений, то состояние системы и образца изменяется по линии АБ2. Релаксация не приводит к акту разрушения.

Релаксация и ползучесть могут развиваться одновременно, и тогда состояние системы и образца изменяется по линии АБ^. В точке А может быть начато циклическое нагружение образца по диаграмме АБц, что гак же может закончиться разрушением без выхода на предел кратковременно прочности. 3 общем случае взаимодействие системы и образца может про исходить по сложному пути АС. Характер разрушения определится в точке С и будет зависеть от того, как соотносятся диаграмма I разупрочнения образца и диаграмма 2 энергоподвода системы: при наличии избш ка Пс разрушение будет динамичным.

В шхгной обстановке .существует ещё один вариант взаимодействия нагружающей системы и элемента, который реализуется при послойной от работке силового элемента (блока породы, целика и т.п.).

На рис. 4а представлен силовой элемент в виде целика, отработка которого идет путем поочередного снятия сдоев. Диаграмма деформирования элемента до начала отработки показана линией О на рис. 46 в координатах-"нагрузка р- абсолютная деформация I ", начальная нагрузка соответствует точке А. После снятия первого слоя диаграмма деформирования оставшейся части целика будет характеризоваться линией I. В момент снятия первого слоя происходит деформирования оставшейся части целика на величину Л^ , а также разгрузка окружающих пород на ДР| . Состояние системы переходит в точку А|. Снятие второго слоя сопровождается аналогичными изменениями, состояние системы переходит в точку АНаконец, размеры остающейся части силового элемента уменьшаются настолько, что для его разрушения уже достаточно нагрузки со стороны окружающих пород. Эта ситуация возникав] в точке А^. Если диаграмма спада оставшейся части силового элемента (линия 4 ) и диаграмма упругого восстановления окружающих пород (диаграмма энергоподвода 5) соотносятся так, как показано на рисунке, то избыток энергии Пс нагружающей системы создает динамичное

Рис. 3. Варианты взаимодействия нагружающей системы с разрушаемым элементом

а

Отработка 0 . ... / г 3 ««-5»

рис. 4. разрушение силоеого элемента при послойной ограбогхз разрушение, ¿с л« соигнекение меаду модулями нагрев:» ч к сорагвое, ее разбиение оудег чязккк оездинеяичвык.

ларакгер энергосСквна для этого варианта кокет оырь предсказан ¡тутем сопоставления диаграммы и энергопотребления силового э^екен-га р й-ходки« с диаграммой энергоогдачи 5 окружавших ае-

пи из тпчли д. ст!1-гьтсгзум.и,' ч-\Ча;;ькгй ч «грузке на разрушаемом элемента.

Эти варианты взаимодействия нагружающей системы и разрушена с го "".тн бплее точно соответствуют механизмам энергообмена в реальней сесггшсзке, ?<:«• пьпчг* о»евигь вклад реологических процессов 2 кйха^цзк эн.Ш'иоокеца и а ¿ераирсаанке орькгера ?"зруте-ння. "¡у:, гсек разнг-образии вариантов ваа«миде.:с?з!я си с течь, и уде-яекти сг.;:гь няггея зит «весть анигизи иьерговс&гна посредством сравнения энергоотдающих свойств нчгружве-аей системы и эвергьпогдеядао-щих свойств разрушаемого элемента.

Основы _эк с пе £и ы е н г а л ь н о - г ра'|) и чес к о го _м ег од а ана ли за _э недгообмена

¿кспериментально-грарический метод анализа энергииимена основан на сопоставлении энергопоглощающих сеойств разрушаемого элемента и энергоотдающих свойств нагружающей системы с учетом реологических процессов, сопровождающих деформирование разрушаемого элемента. Способ прогнвза характера разрушения путем сопоставления энергоотдачи нагружающей системы и энергопоглощения разрушаемого элемента широко распространен благодаря своей простоте, надежности и физической достоверности. Отличие предлагаемого метода состоит в том, что он охватывает все возможные варианты взаимодействия системы и разрушаемого элемента, а не только вариант разрушения при достижении предела прочности, а также в том, что в нем находят место реологические процессы. При этом дм определения параметров энергопоглощения проводят испытания оиразцов, представляющих разрушаемую породу з натуре, для определения параметров энергоподвода проводят испытания образцов, представляющих окружающие породы в натуре.- При примерно одинаковом коэффициенте ослабления пород по отношению к образцам такой подход позволяет переносить результаты анализа, полученные по лабораторным испытаниям, на натуру.

Схема анализа энергообмена с учетом развития релаксации напряжений дана на рис. 5. Энергопотребление разрушаемого элемента представлено полной диаграммой 0-1 деформирования, энергоподвод от нагружающей системы - диаграммой 2. До начала процесса релаксации состояние системы характеризуется точкой А. £сли порода является релаксационно пассивной, го при разрушении элемента состояние системы будет перемещаться из точки А по линии 2, а в момент выхода в точку "а" произойдет переход в состояние неуправляемого деформирования с динамическим эффектом разрушения и с выделением энергии Пс.

Релаксация напряжений переводит систему энергообменивающихся элементов из положения А в положение Б. Происходит спад напряжений на величину Д(И как на разрушаемом элементе, так и на окружающих породах. При этом происходит снижение энергозапаса на нагружающей системе. ¿ели после релаксации повышают нагрузку на нагружающей сисге-

5. Энергообмен при релаксации напряжений

ме, как при испытаниях образца на прессе, то состояние системы переходит в точку С на диаграмме деформирования, затем на предел прочности разрушаемого элемента с энергообменом по известной схеме анализа. Но если после релаксации проводят послойную отработку разрушаемого

элемента, то реализация энергии с,,схемы идет по диаграмме 3. эта диаграмма строится путем параллельного переноса диаграммы 2 из точки А в точку Б. Сравнение диаграммы 0-1 энергопотребления и диаграммы 3 энергоподвода после релаксации, показывает, что избыгск энергии нагруогняей системы отсутствует, процесс разрушения произойдет без динамических эффектов.

¿е^орм/.рсвание и разрушение силового элемента при послсанои отработке идет за счет энергии от дгух источников: энергии Пр, накопленной на окрукаюцих порьдвх, и энергии П.м ст добычного агрегата. онер-гия Пу затрачивается на разрушение слоев и зшешех собой энергию, к ртярвя была бы ну ¿за д."" разрушения силового элемента, если бы деформирование его ало путем повышения нагрузки до предела прочности. При отсутствии релаксации Пу существенно меньше, чем после релаксации, когда она возрастает на величину цР. энергия Г^ тем меньше, чем выше уровень нагрузки в исходном состоянии на разрушаемом элементе и чем меньше жесткость нагрукающей системы, т.е. чем больше запас энергии на окружающих породах. Релаксация сникает запас энергии на окружающих породах, что требует больших энергозатрат со стороны добычного механизма.

Анализ энергообмена с учетом развитии процесса ползучести представлен на рис. 6. диаграмма энерге-подзода хйрвг. '»гизуе тся линией АК и отражает идеально мягкую нагруиаюцув систему. Переход е точку "а" неуправляемого разруиении мо«ег происходить или только за счет процесса ползучести, или совместно за счет ползучее ги и энергии Г^. энергия Г^, необходимая для доведения элемента до разрушения после ползучести, тем меаьис, чем виве уровень напрянсении ползучести, чем активнее порода в реологическом отношении и чем более долгин бня процесс ползучести, ¿¡¿ход в течку "а" захьнчивьегся разрушением с динамическим ь эфгк-тси, что обусловлено низкой жесткостью натрулающей сисгемь, а значит, вчеоккм энергсзапасом П на ней.

Рис. 6. Энергообмен при ползу чести

В реальной обстановке оба реологических процесса чаще протекают одновременно, а влияние их на результат энергообмена зависит от того, какой из процессов - ползучесть или релаксация - преобладает. На рис. 7 представлен вариант энергообмена при преобладании ползучести над релаксацией. В исходном состоянии, до начала реологических процессов,

¡диаграмма энергоподвода от нагру 'кающей системы соответствует линии 2. Сравнение ее с диаграммой 0-1 энергопотребления дает избыток энергии Пс на нагружающей системе. Энергообмен произойдет с динамичным разрушением с выделением энергии Пс-За время совместного развития реологических процессов произойдет релаксация напряжений на величину Дй® и развитие де-

формаций ползучести Дбр Состояние системы к началу добычных работ переходит из точки А в- точку Б. В этом полоке-

Рис. 7. Энергообмен при совместном развитии реологических процессов с преобладанием ползучести над релаксацией

нии энергоподвод будет осуществляться по диаграмме 3. Сравнение её с диаграммой 0-1 энергопотребления показывает существенное приращение избыточной энергии на нагружающей системе на величину по сравнению с состоянием до начала реологических процессов. Разрушение будет более динамичным, чем до развития реологических процессов. Вариант преобладания ползучести над релаксацией усиливает динамичность энергообмена.

При преобладании релаксации над ползучестью результат получается обратным - энергозапас на нагружающей системе уменьшается, динамичность разрушения падает.

Анализ ^н^гообменш^

г_2 а че ■с ки м _м е то дом

Разрабатываемый экспериментально-графический метод включает в себя базовый и текущий анализ энергообменных ситуаций. Базовый анализ проводится на момент начала наблюдений за горным массивом, текущий анализ проводится при либых изменениях в структуре элементов горного массива, горно-технических условиях, которые оказывают влияние на энергосиловые характеристики пород и условия их силовой работы. При проведении текущего анализа используются закономерности изменения энергетических, прочностных, реологических и других характерного

гик горных пород от условий, изменение которых произошло в натуре. Основные из этих закономерностей получены в данной работе.

пример базового анализа представлен на рис. 8..Он проведен для соляной породы, составленной из смеси каменной и калийной солей с преобладанием каменной соли в два раза. Полная диаграмма деформирования 0-1 этой смеси показана на рис. 6а. Диаграмма энергоподвода со стороны окружающих- пород дана на рис. 86. Кривая релаксации напряжений разрушаемой породы представлена на рис. 8в. Диаграмма энергоподвода и кривая релаксации получены для уровня напряжений, соответствующего началу взаимодействия с разрушаемым элементом ( 6 с>). Это -исходный материал для базового анализа.

Размещают диаграмму 2 эшргсотдачи на диаграмме 0-1 энергоппгло-щения, восстанавливая её из точки А, соответствующей напряжениям^. Сравнение диаграмм 2 и I показывает наличие избытка энергии Г^ на загружающей системе, что предсказывает динамичный характер энергообмена при разрушении. 1»ри расположении разрушаемого элемента и взаимодействующих с ним окружающих пород в условиях, допускающих развитие процесса релаксации, проводится оценка возможности ликвидации избытка энергии Пс- По кривой релаксации напряжений рис. 8в определяют величину Д6Р падения напряжений за период активной релаксации, что позво ляег получить положение точки Б, соответствующей состоянию системы после периода активной релаксации. Диаграмма энергоподвода в положении, соответствующем состоянию системы после релаксации (положение линии 3) показывает отсутствие избытка энергии на нагружающей еисге-ие. Практически реализовать возможность снятия избытка энергии с нагружающей системы посредством релаксации можно путем снижения скорости внедрения в пласт или кратковременными остановками добычных ра-Зог.

Текущий анализ следит за изменением энергообменной ситуации при изменении любых условий, влияющих на энергосиловые или реологические характеристики пород. Например, по мере отработки- происходит изменение состава соли, а именно, увеличивается содержание калийной соли. Экспериментальные исследования показали, что при этом изменяется как энергосиловые, гак и реологические характеристики пород. Диаграмма деформирования соли нового состава дана на рис. 9а, кривая релаксации - на рис. 96. Сопоставление ди&граммы 2 энергоподвода с диаграммой 0-1 энергопоглощения выявляет избыток энергии Пс, значительно Зольший, чем при энергообмене в предцдусЕй ситуации. Это свидетельствует об ухудшении энергообменной обстановки. Оценка возможности ликвидации избытка энергии посредством релаксации показывает, что за териод активной релаксации спад напряжений составляет Д 6 Р, состояние системы переходит в положение Б, в котором энергоподвод по ли-

РО

о\

й.МПа^ о 40

С, МПа 6

40

й,МПа

го

ю

50 е?«г3

7 2 3 \мин

Рис. 8. Базовый анализ энергообмена в соляных породах

6,МПа

40 i

за I

20

\Е

Xi

10

' tonr '

3 t,mm

Рис. 9. Текущий анадаз энергообмена при изменении состава породы

нии 3 ве дает избытка энергии И в этом случае релаксация устраняет опасность динамических эффектов при разрушении.

Релаксация напряжений приводит к необходимости компенсировать часть энергии, которую окружающие породы вкладывали в процесс разрушения. Чем больше релаксация напряжений, тем больше дополнительная энергия П^, требующая компенсации, это увеличивает энергозатраты на добычу со стороны породоразрушающего агрегата. Графический метод анализа позволяет достаточно просто определить оптимальное время и опг релаксации, в течение которого полностью ликвидируется опасная часть энергии П0 при минимальных дополнительных энергозатратах Г^. Для этого диаграмму 3 энергоподэода (рис. 9а) переносят з положение 3х, в котором она максимально приближена к диаграмме I энергопотребления. По точке пересечения диаграммы 3х с линией АБ определяется точка Е.Физический смысл этой точк* заключается в том, что при релаксации напряжений до уровня точки Е происходят полная лгаэидвция Пс при минимальных значениях Оптимальное время * опт • за когоРое произойдет-релаксация до напрянений точки Е, определяется по кривой релаксации 96. Это оптимальное время является основой для выбора скорости внедрения в пласт, при которой ликвидируется опасность динамических явлений и наиболее полно используется энергия окружающих пород.

При изменении любых других условий ведения горных работ анализ энергообменных ситуаций проводится аналогичным образом с использованием соответствующих экспериментальных закономерностей. Это могут быть изменения среднего диаметра зерна порода, плотности, а такте изменение вида напряженного состояния, скорости эвергоподвода, уровня начальных напряжений и других структурных и горно-геологических условий.

При развитии в обменивающихся элементах процесса ползучести анализ проводите*, с использованием кривых ползучести.- Изменение положения точки Б состояния системы определяется по величине деформаций ползучести. При совместном развитии обоих реологических процессов используются кривые релаксации и ползучести, а положение течки Б состояния система определяется как векторная сумма от релаксации напряжений и деформаций ползучести, В остальном построения и интерпретация результатов остаются такими же, как рассмотрено выше.

Анализ нссдольких сотен динамических явлений, произошедших на раз-вых к л;ах и к/днкс&х икра, показал возможность применения разрабатываемого метода для оцзнки энзргообмеккмх ситуаций 5 самых разных условиях. Разбор ситуаций посредством сопоставления энергссиловых озойсгв разруяаеного эжмента массива и окружающих пород, а гам, где это имеет место, с учетом реологических процессов, всегда етявляет изменение нормально безопасной обстановки в сторону повышения

динамичности разрушения, и происходит это за счет появления избытка энергии на окружающих породах. В работе рассмотрены следующие наиболее часто повторяющиеся ситуации с динамическими эффектами разрушения

1. Для рудников Германии характерна привязка динамических эффектов разрушения к местам выклинивания пласта. G позиций анализа, выклинивание пласта сопровождается изменением соотношения энергоотдающих и

э не pro поглощающих свойств обменивающихся элементов массива: происходит повышение абсолютной величины, энергии, запасаемой на вмещающих породах (за счет повышения их мощности) и снижение возможности энергопоглощения разрушаемого элемента (за счет уменьшения его мощности). Наклон восходящей и падающей ветвей диаграммы энергопотребления становится более крутым, наклон диаграммы энергоподвода постепенно вы-полаживается по мере выклинивания пласта, и при определенных условиях диаграмма энергоподвода выходит за поле диаграммы энергопотребления. Появляется избыток энергии, который и приводит к динамическим эффектам разрушения.

2. -Возрастание частоты и интенсивности динамических явлений с ростом глубины отработки на Солигорских калийных рудниках объясняется тем, что при этом возрастает величина начальных напряжений энергообмена. Точка исходного состояния системы (А), из которой восстанавливается диаграмма 2 энергоподвода при анализе, перемещается вверх по диаграмме 0-1 энергопотребления, и при этом диаграмма энергоподвода отходит от пвдаюией ветви диаграммы энергопотребления на большее расстояние. физически это обозначает накопление б<5лыдего количества энергии на окружающих породах, что с определенного момента создает повышенный избыток энергий на нагружающей системе. Избыток энергии, как показывают эти построения, в условиях Третьего рудника в несколько раз больше избытка на Первом руднике, что и объясняет большую частоту и силу динамических эффектов на Третьем руднике.

3. .большое количество динамических явлений на Солигорских рудниках происходит в зонах резкого погружения слоев пласта вниз. Здесь, как показывает анализ, происходит изменение направления действия нагрузки от горного давления и нагрузки от давления газа относительно поверхности слоев пород: горное давление начинает действовать почти вдоль слоистости, давление газа - перпендикулярно слоям. Газ, сосредоточенный в глинистых прослойках между слоями, создает напряженное состояние, близкое к двухосному растяжению. Реальный уровень давления газа (до 8 МПа) достаточен для разрушения слоев в зоне перегиба, с учетом низкой прочности породы при такш нагружении, а с учетом резкого уменьшения жесткости нагружающей системы в присутствии газа под давлением характер разрушения становится неизбежно динамичным.

4. "Запоздалые" динамические явления на Солигорских рудниках

(около 12% от общего количества динамических явлений), возникает, как правило, в зонах геологических нарушений типа трещин. Анализ таких ситуаций показывает, что трещины разбивают породы'на крупные блоки, и блоки становятся мягкой нагружающей системой для взаимодействующих с ними элементов пласта. Они действуют как груз, положенный на образец при испытаниях на ползучесть. В элементах пласта под такими блоками также активизируются процессы ползучести, к чему весьма склонны соляные породы. Ползучесть и является причиной разрушения, повышенная активность процесса приводит к сравнительно быстрому достижению предела длительной прочности. Поскольку нагружающая система является мягкой, возникают значительные динамические эффекты разрушения.

5. .Динамические явления на С7Е?с часто происходят при соаместном действии двух причин: уменьшения мощности рудного тела и уменьшения размеров целика мевду выработками. Анализ показывает, чгс при уменьшении ночзссти рудного're га до двух раз удароопасная ситуация ещё не наступает. Уменьшение мощности спиявет величину энергопотребления пр;: разрушении, но избытка энергии при энергообмене не возникает. Но есла одновременно с этим уменьшаются и размеры целика (а это сопровождается ростом начальных напряжений энергообмена и соответствующим изменением расположения диаграммы энергоподвеща на диаграмме энергопотребления), го на системе образуется избыток энергии, и, как следствие, изменяется характер разрушения. По такой не схеме изменяется

эке pro обменная ситуация при разрушении части целиков, работающих под совместной нагрузкой: разрушение одних целикпв погь™пст уровень напряжений на других целиках с сосгветсгвуошш кзменгиием положения диагремвы энергоподвода, повышением избытка энергии П„ на яагрукаске Я системе,

6. На Гзштагодьском хесгорокдевии динавячеек*«, ¿рзелгы часто инициируются взрывники работами и приурочены к геологическим наделениям гкпа трещин. Зоны грещиноватссти сникают кесгкость вагрукаскеfi системы и з этих частях массива преобладавшим становится процесс ползучести. Ползучесть подводит силовые элементы к состоянию, при котором для розрувевкл добгагочне пригруэки, созданной волной от взрыва. Мягкая система натружения дает разрушение с динамическим эффектом.

7. Анализ динамических явлений на других месторождениях - Криворожском, Норильском, Кукиовумчоррском, Кочкарском и других - также позволил выявить образование избытка энергии на окружающих породах, хотя и по раза«« причинам.

G позиций разрабатываемого метода в работе рассмотрены условия энергсобмена неиду разрушаемой породой и добычным агрегатом и установлено, что характер энергообмена непосредственно в зоне контакта с породой зависит от характеристики жесткости инструмента. При исполь-

зовании в качестве "инструмента" энергии взрыва энергоподвод осущесгв ляется по мягкой характеристике с неизбежным динамическим эффектом, при использовании машин механического разрушения жесткость характеристики энергоподвода возрастает.

_•(!__'

.исследования

Как показывает исследования, энергообмен при деформир1вании и разрушении элементов горного массива представляет собой сложное явление, изучение которого должно продолжаться и углубляться. Ясно также, что наиболее надежный и доступный путь изучения этого явления - исследование деформирования и разрушения образцов горных пород на испытательной аппаратуре, при этом аппаратура должна обеспечить условия испытаний, максимально приближенные к натуре. Условия энергообмена е натуре чрезвычайно разнообразны как по форме, гак и по масштабам. Для воспроизведения подавляющего большинства особенностей энергообмена супествующая в настоящее время в мире аппаратура непригодна, и поэтому идет интенсивная разработка новых видов научно-исследовательских средств специалистами во всех странах.

При исследовании связи энергосиловых свойств со структурными параметрами пород стремятся иметь дело с образцами, имевшими равномерное распределение структурных свойств по всему объему. Это справедливо только для эн ер го обменных си!у аций с объектами сравнительно малого масштаба типа элементов массива в шахтах. Если же обмен идет между крупномасштабными элементами, как, например, при землетрясениях, то для изучения особенностей такого обмена необходимы образцы с умышленно неравномерным распределением структурных показателей по объему. Для таких исследований разработаны метод и аппаратура /62/.

При исследовании роли релаксации во многих ситуациях требуются новые сведения о параметрах этого процесса, и для получения этих сведений разработаны новые средства. Так, для исследования релаксации 'в условиях, когда деформирование силового элемента перед релаксацией идет с разными скоростями, разработана аппаратура /35/, когда действует нагрузки разного вида (сжатие-изгиб) - аппаратура /51/, при спаде нагрузки перед релаксацией - /49,63/, после взаимных подвижек совместно ньгружаемых силовых элементов - /35,50/.

Разнообразны условия проявления ползучести в массиве: имеет место ступенчатая смена уровня длительно действующих нагрузок по хеду де-¿ернирования одного и того же силового элемента, что воспроизводится на установке /55/ , переход от постоянной нагрузки к циклической и ь-5с:орог /£с/, смена длительно действующей нагрузки на ударную /60/. ?е*ст=. целик с з г ьахге под совместней нагрузкой вызывает необходи-

з;

мость исследовать ползучесть совместно нагруженных образцов, что воспроизводится на аппаратуре /36, 37, 42, 43, 53, 54/.

Энергоотдача в реальной обстановке происходит при самых разных условиях и формах реализации, и от этого зависит как количество под-еодимой энергии, гак и диаграмма энергоподвода, а значит, и последствия энергообмена. Диаграммы энергоотдачи при ударных скоростях разгрузки определяются на установке /29/, при ступенчатой разгрузке -/41/. ошергоподвод может происходить при разгрузке элемента (кровля, почва), работающего на изгиб /47/, при неравномерном распределении нагрузки по поверхности энергоотдающего элемента /38 /. Разгрузка после релаксации воспроизводится на установке /65/.

Наиболее точное отражение условий энергообмена в натуре получают тогда, когда осуществляю? взаимодействие образцов непосредственно друг с другом. Одни образцы становятся нагружающей системой для других образцов и все го ж ости энергопередачи и поглощения выявляются в ходе эксперимента. На аппаратуре /34, 43, 61, 67/ веспроизгсдятся варианты обмена в один или несколько этапов, между парой или группой из нескольких образцов, при одинаковых или разных шдах напряженного соспяния на отдельных взаимодействующих образцах, при действии статических, ударных, циклических нагрузок и другие особенности, отражающие разнообразие реальных ситуаций энергообмена в массиве.

Энергия окружающих пород не всегда расходуется только на деформирование к разрушение элемента-партнера". В ряде случаев часть энергии расходуется на взаимные перемещения элементов аасснвв - на подвижки, .-то принципиальна меняет как *орму унергрьСкева, тик и динамичность явления. На аппаратуре / 32, 40, 4Ь, 57, 5&/ воспроизводится рьлые реальные споен бн инициирования подвижек: п,у;ем нарастит я усилии, сдвиги, путей о иг/ч нич у силка вйзикясгг п&г->ыкя едг^г&ен.«: одесситов, при разных скоростях нарастания уоидкг. пиита, при ссеых, плсс-ны*. и ибьеансм облвгии гзаиводеасгвувцих эшкьгег. игр гсс;:рс*эгодит условия возник ко е_:«ин '.5 развития ди нбккческ их явлении, рьэзив&кцихсч в глубине массива, а также. позволяет уточнять особенности обмена юли-

схедгч.обме;; ,> ыл'.г. мчеягзбйх тупа ^еклсп.гг , о о^д' ';:"•• з од рой коры, характеризуется наличием гр^л^дч- ¡¡..ар! на с.уесиг^и,! .-

ся элементах. Способность к'энергопоглощению, отдаче энергии, к рьаьи-тип теологических процессов в присутствии градиентов напряжений раз; :или-!/.йЦ '.;зуиаетод не устовсгам неитробевшого. нагружения /напри-

п чи"*1 создат-тсн на оЛрвзцах пород с гад;и;: не ¿чимгрии.*, ка.< киш-га:,;::■!.< йез градиента.

Изучение каадо»; особааносгк эвергооО^ено льеииает точность • зализе

и достоверность прогноза последствий энергообмена.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научным трудом, в котором разработаны теоретические положения, совокупность которых можно квалифицировать как новое крупное достижение в развитии перспективного направления а обласст физических процессов горного производства - исследовании процесса эне| гообмена для прогноза и предотвращения динамических явлений.

3 результате проэеденных исследований получены следующие научные и практические результаты:

1. Установлен ряд новых закономерностей изменения энергетических, силовых, реологических свойств горных пород:

- закономерности изменения силовых и энергетических свойств от сгр^ турных Характеристик для разных условий энергообмена: при разных эида> напряженного состояния, при -разных скоростях энергоподвода ; выяснена роль структурного фактора в энергообмене ;

- закономерности процесса релаксации напряжений разного айда - сжимающих, при изгибе - з условиях, ранее не исследованных: в запредельно области деформирования, в структурно различных породах, при разных соотношениях компонент напряженного состояния, в слоистых породах, при разных контактных условиях ; установлена способность релаксацил к снижению энергозапаса на нагружающей системе и к снижению тем самым дина млчности разрушения ;

- закономерности процесса ползучести как одной из форм энергообмена определена роль ползучести в повышении динамичности разрушения ;

- закономерности влияния условий рнергообмена - скорости деформиров< кия, вида напряженного состояния - на характеристики энергопотреблени. (полная, допредельная, запредельная энергоемкость разрушения) и характер разрушения горных пород ;

- закономерности энергоотдачи горных пород в допредельной и запредельной областях деформирования при разных видах напряженного состоянш

2. Разработан комплекс научно-исследовательской аппаратуры для изучения энергообмена путем исследования деформирования и разрушения образцов горных пород. Комплекс включает внедренные методы, испытательную и измерительную аппаратуру для изучения структурных, реологических и энергосилоэых свойств пород, а также аппаратуру, разработанную для углубленного изучения особенностей, проявлявшихся при энергообмене а массиве.

3. Разработан метод анализа энергоо<5мена. Метод основан на сопоставлении энергопоглощающих и энергоотдающих свойств пород с учетом вклада реологических процессов, сопровождающих энергооомен. Метод

разработан для анализа различных вариантов взаимодействия при обмене : без повышения и с повышением напряжений до предела прочности разрушаемого элемента, без участия и при участии реологических процессов с различной степенью активности какдого из них. Метод использует новые и известные закономерности изменения свойств горных пород от структурных, силовых, горно-технических, горно-геологических условий и позволяет: следить за изменением состояния обменивающихся элементов системы, выявлять избыток энергии на нагружавшей системе, прогнозировать характер разрушения, прогнозировать направление изменения энергообненнои обстановки при изменении различных условий по мере отработки кесторождения, находить оптимальные условия взв-имодвйсггкя разрушавших механизмов с массиве:!, при которых устраняется опасность динамических эф^ектоз разрушения и максимально исто «ьаузтся энергия гкрукавдих пород.

Подученный в рйбг-° ?кслйр!г;;9ч талым материал входит составной частью в рад инструктивных документов, з двв каталога чел штческих свойств горных пород, используется при различных инженерных расчетах.

Основные положения и научные результаты опубликованы в следующих работах:

Спрвяочиый материал

I. Каталог механических свойств горных пород при длительных испытаниях s условиях одноосного с«8гия.'ЗНИЯИ., Л, 1973 (соавторы Сгав-

рггка А.Н., Георгиевский B.C.), -'С.1-73.

¿. Каталог механических свойств горных пород яри -»pcKes гарнацик гидов напряженного отстояния и скорости де ¡юрмнрпаним. ЯОДИ., Л, 1976 (соавтора Сгазрогин А.Н., Семенова S.b). - с, Г-17О Научнее статьи, кзооретения, инструктивный материал 3. Стазрогин д.Н., Л оду с 2.В. Ползучесть и временная &нг.1с;тосгъ прочности горных пород.// 5ТПРШ, £ 6, 1974. ~ С.3-10.

•ч. гзгг-^рргин А.Н., Л одус Е.В. Механические свойства горкч-ч- пород при ¡лз»ч/. зилах ивгр'Шепногв состояния и при кярокэи вариации скоростей деформирования.// Boo, "физические с»оисгзг горных пород и минералов при высоких давлениях и теглператуpax". Материал jy Зикссьз-ного совещания. Тбилиси, 1974. - С.274-278.

~>. л оду с 2.3, Временные характеристики горных пород//Тр. ЗНиМИ, Л., Со, 35, 1977 - 3,27'-¡-а?3.

6. Ставроги"» Л-ii.. Георгиеэскяя 3.U., Ло/ус у:, в. Здкяркв атмос-зериг.й эя№«и>с;гч на ползучесть соля них горных пород.// 5Г..Р1К, 3 I, I9Y6. - C.7S-77.

7. Додус Е.В., Романовский С,Л. Влияние скорости де¡.-срм pi-гакия

\

^ юных углей и каменной соли^Тр,

6. Лодус Б.В. Структурно-механические исследования соляных пород. М., 197е,//Деп. ЦНИЭИуголь, » 1213. _ д0.

9*. Ставрогин А.Н., Лодус Е.В. Влияние размера структурного элемента на прочность и деформацию горных пород.// У Всесоюзное сове^ щание по динамическим свойствам горных пород. Баку, 1978, - С.32-33.

10. Лодус Е.В., Ставрогин А.Н. прочность и хрупкость горных пород, склонных к проявлению динамических эффектов разрушения.^ Материалы НС ИГД им. А.А.Скочинского, М., 1978.- С.II.

11. Методические указания по прогнозу удароопасности рудных и нерудных месгориадений. ВНИМИ.,1978 . - 66 с.

12. Ставрогин А.Н., Лодус Е.В. Влияние структурных факторов на механические свойства горных породу Ш Всесоюзная научно-техническая конференция "Разрушение горных пород при бурении скважин", Уфа, 19ег. - с.ад-52.

13. Лодус Е.В. Влияние скорости деформации и видов напряженного состояния на запредельные характеристики удароопасных и выбросоопас-ных горных пород.//Тр. ВНШИ, Сб> "Региональные меры предотвращения горных ударов". 1983. С.62-67.

14. Лодус Е.В. Структурно-механические исследования горных шрод. М., I9B5 - Деп. ЦНИЭИУголь, № 3396. - 36 с.

15. Петухов И.М., Линьков A.M., Лодус Е.В. Релаксация напряжений

в горных породах и оценка их склонности к удароопасности// Тр. ВНШИ, Сб. "Профилактика горных ударов при проектировании и строительстве шахт", 1985. C.74-dI.

16. Петухов И.М., Лодус Е.В., Линьков A.M. Влияние скорости подачи добычной машины на опасность проявления горных ударов^ "Безопасность труда в промышленности", & I, 1985,- С.43-46.

17. Лодус Е.В. Напряженное состояние и релаксация напряжений е горных породах//«5ТПРПИ, № 6, 1986 C.3-II.

18. Лодус Е.В., Каргашов Ю.М., Зойцеховская С.И. Создание новых промышленных материалов методом структурно-механических исследова-ний.//Тр. ВНЙМЙ, Сб. "Управление горным давлением и прогноз безопасных условий освоения угольных месторождений", ч. 2, 1990. - С.30-32.

19. Инструкция по безопасному ведению горных работ на рудных и нерудных месторождениях, склонных к горным ударам. ЗНИМИ, 1980._143 0.

20. Петухов И.М., Лодус Е.В. К балансу энергии при горно-гекго-нических явлениях/' Тр. ВНШИ, Сб. "Свойства горного массива и управление его состоянием". 1991.- C.II4-II9.

21. Линькоа A.M., Лодус Е.В., Петухов И.М. Влияние скорости внедрения в массив горных пород на характер его деформирования^

ФТПИШ, 2, 1985.- С.34-43.

22. Патент РФ К! 694331. Устройство для измерения поперечных де-ормаций образцов / Лодус Е.В. - Опубл. в Ш № 48, 1981.

23. Патент РФ й 894437. Устройство к прессу для механических испытаний образцов на сжатие / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ № 48, 1981.

24. Патент РФ Л! 966596. Устройство для измерения линейной скорос-'И / Лодус Е.В. - Оцубл. в Ш № 38, 1982.

25. Патент РФ № 978004. Устройство для нагружения образца при ис-ытаниях на динамическое сжатие / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ К» 44, 1982.

26. Патент РФ № 998851. Тензометр / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ № 7, 9 63.

¿7. Патент РФ ,','! 1027575. Устройство для испытания образцов мате-¡иалов на изгиб / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ К' 25, 1983.

28. Патент РФ № Ю33909. Устройство для испытания образцов на кгатие / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ № 29, 1983.

29. Патент РФ № 1176195. Устройство для испытания образцов при ногократном возбуждении затухающих-колебаний/ Лодус Е.В. - Опубл.

БИ № 32, 1985.

30. Патент РФ № 1211633. Установка для прочностных испытаний об-азцов материалов / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ К' 6, 1986.

31. Патент РФ № 1241091. Установка для исследования энергообмена ри разрушении образцов материалов / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ № 24, 966.

32. Патент Р5 1259098, Устройство для измерения поперечных де-ормация образцов / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ а? 35, 1986.

33. Патент Р-5 К« 1269003. Установка для испытания образцов горных ород на растяжение / Лодус Е.В. - Опубл. в Б", № 41, 1966.

34. Патент РФ № 1286934. Установка для пр1Чностных испытаний груп-ы образцов материалов / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ № 4, 1987.

35. Патент Р-5 № 1298592. Установка для механических испытаний ма-ериалов / Лсдус Е.В. - Опубл. в БИ № II, 1967.

36- Патент РФ 11» 1305563. Многообразцовая установка для испытания а длительную прочность / Лодус Е.В. - Опуол. в БИ К' 15, 1987.

37. Патент РФ К» 1322115. Установка для испытания образцов на дли-ельную прочность / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ & 25, 1987.

38. Патент РФ № 140И40. Установка для динамически х испытаний гтзряалов / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ 8« 21, 1986. -

39.. Патент РФ № 1411626. Установка для испытания образцов при ложном напряженном состоянии / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ 27, 1988.

40. Патент РФ № 1422089. Установка для испытания материала на рочнссть / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ № 33, 1988.

41. Патент РФ К' 1422097. Установка для скоростных испытаний ма-

гериалов в режиме заданной деформации / Лодус Е.В. - Опубл. в ЕИ № 33, 1988.

42. Патент РФ В 1425515. Устройство для испытания образцов на дли тельную прочность / Лодус Е.В. - Опубл. в Ей № 35, 1988.

43. Патент РФ № 1426989. Установка для испытания образцов на ползучесть и длительную прочность / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ 8« 37, 1988

44. Патент РФ № 1439452. Установка для испытания образцов на Длительную прочность / Лодус Е.В. г Опубл. в БИ № 43, 1988.

45. Патент РФ й 1441240. Установка для исследования энергообмена при совместном нагружении образцов материалов / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ № 44, 1988.

46. Патент РФ й 1469304. Центробежная установка для испытания образцов материалов / Лодус Е.В. - Опубл. в Ш й 12, 1989.

47. Патент РФ й 1446533. Установка для испытания образцов горных пород / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ. № 47, 1988.

48. Патент РФ № 1584549. Центробежная установка для испытания образцов горных пород / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ № 13, 1990.

49. Патент РФ № 144 6532, Маятниковый копер для испытания образдзв материалов / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ № 47, 1988.

50. Патент РФ К« 1465569. Устройство для полевых испытаний горных пород / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ К« Ю, 1989.

51. Патент РФ В 1448241. Стенд для ударных испытаний материалов / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ & 48, 1988.

52. Патент № 1587393 РФ. Установка для скоростных испытаний материалов в режиме заданной деформации / Лодус Е.В. - Опубл, в БИ й 31, 1990.

53. Патент РФ й 1587410. Установка для испытания образцов горных пород / Лодус Е.В. - Оцубл. в БИ В 31, 1990.

54. Патент РФ й 1587411. Устройство для испытания материалов на сжатие со сдвигом / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ й 31, 1990.

55. Патент РФ й 1589114. Установка для испытания материалов на прочность / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ й 32, 1990.

56. Патент РФ й 1597677. Способ циклических испытаний образцов горных пород и установка для его осуществления / Лодус Е.В. -Опубл. в БИ й 37, 1990.

57. Патент РФ й 1603224. Установка для испытания образцов при плоском напряженном состоянии / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ № 40, 1990.

58. Патент РФ й 1608470. Установка для испытания образцов на прочность при сложном напряженном состоянии / Лодус Е.В. - Опубл. в

БИ № 43, 1990.

59. Патент РФ й 1610382. Способ испытаний образцов на термомеханическую' прочность и установка для его осуществления / Лодус Е.В. -

Опубл - ЕЙ » 44, 1990.

60. Пагент РФ & 1627692. Способ испытания образца на длительную прочность и установка для его осуществления / Лодус Е.В. - Опубл.

в £И 8? 6, 1991.

61. Патент- Р5 № 1627895. Установка для исследования энергообьсна

при совместном нагружекии образцов / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ № 6,

62. Патент Р5 № I63263I. Пресс-форма для прессования изделий из порошков / Лодус Е.В. - Ощгбл. в БИ № 9, 1991.

63. A.c. Ks 1633341 СССР. Установка для испытания образцов на прочность / Лодус ¿1.3., Мехнецов И.А., Огнев ¿(.С. - Опубл. в БИ B« 9, 1991.

64. A.c. № I65II44 СССР. Гидропривод к прессу для -испытания образцов на прочность / Лодус Е.З., Тарасов Б.Г., ллопотов Р.Г., Ствв-рогин А.Н., Гуревич Б.И. - Опубл. в БИ » 19, 1991

65. Пагент РФ № 1638606. Установка для скоростных механических испытаний образцов материалов /-Лодус Е.В. - Опубл. в БИ № 12, 1991.

66. Пагент РФ 8« 1672285. Установка для испытания образцов горных пород / Лодус Е.В. - Опубл.. в БИ № 31, 1991.

67. Патент РФ § 1705724. Установка для скоростных испытаний материалов / Лодус Е.З. - Опубл. э БИ # 2, 1992.

63. Патент Pf № 1807327. Установка для физлко-механических исследований образцов материалов / Лодус В.В. - Опубл. а Ей № 13, 1993

69. Патэнт РФ № I8I079I. Стенд для динамических испытаний образцов материалов / Лодус Е.З. - Опубл. з БИ № 15, 1993.

70. Патент Р£ ü IÖ20295. Стенд для испытания на прочность образцов материалов / Лодус Е.В. - Опубл. в БИ $ 21, 1993.

1991.