Файл: Мостков, В. М. Подземные сооружения большого сечения.pdf

г'.м/С'

5000

4600

4200

3300

Я.м/с 5000

4600

4200

3800

ж

Рис. 55. Зависимость скорости распространения продольных ультразвуковых волн в породе от глубины шпура в различных выработках (к табл. 32)

При определении глубины кя зоны нарушенных пород вокруг подземной выработки учитывали, что скорость распространения ультразвуковых колебаний с уменьшением трещиноватости и с уве­ личением сжимающих напряжений возрастает. Поэтому область максимальных скоростей характеризует наружную границу нарушен­ ной зоны, где располагаются наиболее сохранные породы и имеют место наибольшие сжимающие напряжения в стенках в результате их концентрации вокруг выработки.

Коэффициент вариации при определении скорости распростране­ ния продольных волн в области наружной границы нарушенной зоны изменялся от 5 до 14 %.

Если принять, что скорость распространения продольных ульт­ развуковых волн изменяется обратно пропорционально трещино­

ватости породы, то отношение а коэффициента трещиноватости

135

ненарушенной породы горного массива к среднему коэффициенту трещиноватости в пределах зоны можно представить в виде:

Vсредняя скорость распространения ультразвуковых волн в пределах нарушенной зоны (на участке шпура длиной hH), определяемая по экспериментальным кри­ вым (см. рис. 55) по формуле

hH— глубина нарушенной зоны;

АI — элементарный участок длины шпура;

Ѵі — средняя скорость распространения ультразвуковых волн на участке Аl.

Кроме того, известно, что модуль упругости породы пропорцио­ нален квадрату скорости распространения продольных ультразву­ ковых волн. Тогда средний модуль упругости породы в пределах

где Е — модуль упругости породы в массиве за пределами нарушен­ ной зоны.

Из анализа приведенных кривых (см. рис. 55), получено, что

коэффициент а меняется в пределах 0,68—0,76. Это значит, что тре­ щиноватость породы в нарушенной зоне вокруг выработок увеличи­ вается на 30—50% по сравнению с остальным массивом, а модуль упругости породы в пределах этой зоны в 2 раза ниже, чем в осталь­ ном массиве. Следует отметить, что примерно такие же результаты получены прессиометрическими измерениями, проведенными на мно­ гочисленных объектах сотрудниками НИИ оснований и подземных сооружений под руководством К. В. Руппенейта.

Результаты некоторых работ института Оргэнергострой по опре­ делению глубины нарушенной зоны в течение ряда лет приведены в табл. 32.

Выполненные работы позволили подтвердить существование на­ рушенной зоны вокруг подземных выработок с использованием ульт­ развукового метода для определения ее размеров. На основании этих исследований были уточнены параметры анкерной крепи в конкрет­ ных условиях, что способствовало ее широкому внедрению в гидро­ технических туннелях большого сечения.

136

Таблица 32

137

Продолжение табл. 32

вгорном деле как для определения размеров нарушенной зоны, так и для оценки физико-механических характеристик горного массива. Работы в области применения и совершенствования ультра­ звукового метода для указанных целей в настоящее время проводятся

вМосковском горном институте, институте Гидропроект и в ряде других организаций. Распространен также метод, основанный на исследовании частоты звуковых импульсов при появлении микро­ трещин в породе. Анализ современного состояния акустических методов исследования и контроля горных пород в массиве дан

с использованием микровзрывов и геофонов, регистрирующих про­ хождение звуковых волн.

Определение размеров нарушенной зоны инструментальными ме­ тодами ведет, в частности, ВНИИЦветмет, который для этой цели с 1964 г. применяет специальные индикаторные штанги с наклеен­ ными тензодатчиками. Аналогичные работы ведут ВНИМИ и другие организации.

Для приближенной оценки глубины зоны нарушенных пород могут быть использованы методы, основанные на осмотре шпуров

допускают возможность существенной погрешности, поскольку оценка сплошности массива и керна в значительной степени за­ висит от качества бурения и других факторов.

138

Зона нарушенных пород может быть также замерена э д е к т р о - м”е т р и ч е с к и м и и р а д и о м е т р и ч е с к и м и методами. В первом случае измеряют электрическое сопротивление пород от контура выработки в глубь массива, во втором случае определяют изменение интенсивности гамма-излучения с глубиной в породном массиве вокруг выработки. Применение этих методов требует ис­ пользования специальной аппаратуры и квалифицированных опе­ раторов. Кроме того, измерения могут сопровождаться рядом по­ грешностей, так как зависят от влажности пород и многих других трудно оцениваемых факторов.

В 1965 г. был предложен реометрический (фильтрационный) метод исследования трещиноватости пород в массиве, окружающем выработку. Метод основан на способности массива фильтровать газ или жидкость (воздух, воду, эмульсию). При этом по мере раскрытия трещин скорость фильтрации увеличивается. Размеры зоны раскры­ тых трещин определяют, исходя из сравнения скоростей фильтра­ ции в массиве на значительном удалении от контура выработки (за пределами области влияния выработки) и в непосредственной бли­ зости от нее. Реометрический метод применительно к определению размеров нарушенной зоны в значительной степени развит и усовер­ шенствован работами горно-металлургического института Кольского филиала АН СССР и обобщен в специальном руководстве.

Надежное измерение параметров нарушенной зоны можно реко­ мендовать производить реометрическим методом в сочетании с ультра­ звуковым [66].

Устойчивость сооружений. Оценка устойчивости подземного со­ оружения в процессе его строительства, производится по деформациям и перемещениям горного массива и крепей. По результатам наблю­ дений за приборами обычно строят графики деформаций, позволя­ ющие оценить характер нарастания подвижек или их стабилизацию. В том случае если графики показывают длительный резкий рост де­ формаций без выполаживания кривой, необходимо принимать меры по изменению способов разработки выработки и усилению крепи. Следует отметить, что длительные измерения, приводимые ниже, были выполнены в выработках, закрепленных анкерами и набрызгбетоном.

Такие натурные исследования за рубежом проводят сейчас прак­ тически во всех строящихся крупных подземных объектах. В Совет­ ском Союзе подобные эксперименты выполняют только в шахтных выработках, а в подземных сооружениях большого сечения, залега­ ющих в скальных породах, они не стали еще системой, ведут их пока

вединичных случаях.

Внастоящее время применяют несколько типов устанавливаемых

вскважинах измерительных приборов для исследований деформаций горного массива [28 и др.].

Простая конструкция глубинного репера, позволяющего оценить

деформацию породы в пределах нарушенной зоны, разработана шахтным научно-исследовательским и проектно-конструкторским

139