Влияние угла падения трещин на локальное напряженное состояние приоткосной зоны вскрышного уступа

Abstract

Актуальность. Напряженно-деформированное состояние массива горных пород при открытой разработке месторождений полезных ископаемых, равно как и при строительстве в грунтах выемок значительных размеров, зависит как от механических свойств пород, так и от структурно-текстурных особенностей массива горных пород. В частности, наличие трещин в приоткосной зоне уступа может значительно ослабить его устойчивость, а направление и угол падения трещин относительно откоса уступа изменяют расположение напряженных зон внутри массива относительно поверхности обнажения. Актуальной научно-практической задачей представляется выявление зон повышенных механических напряжений с целью прогноза поведения массивов горных пород с различными структурно-текстурными свойствами. Цель: выявление зон концентрации напряжений в приоткосной части уступа в массиве горных пород с различными структурно-текстурными свойствами при ведении открытых горных работ. Методы: математическое моделирование массивов горных пород с учётом их физико-механических свойств и структурно-текстурных особенностей методом конечных элементов, обработка результатов экспериментальных исследований. Результаты. Приведено описание математической модели упругого поведения естественного трещиноватого массива горных пород, имеющего поверхность обнажения в виде уступа, а также закономерности распределения концентрации напряжений в нём. Описано напряжённо-деформированное состояние нагруженного и ненагруженного массивов в ненарушенном и нарушенном трещинами различной ориентации состоянии. Описано положение зон концентрации растягивающих напряжений, проведено сравнение их значений для уступов с различным строением. Выявлены повышенные значения растягивающих напряжений в массиве при направлении падения трещин от откоса уступа по сравнению с ненарушенным состоянием и при направлении падения трещин в сторону откоса уступа.

Relevance. The stress-strain state of the rock massif during open-pit mining of mineral deposits, as well as during construction in excavations of significant size, depends on both the mechanical properties of rocks and the structural and textural features of the rock massif. In particular, the presence of cracks in the near-slope zone of the ledge can significantly weaken its stability, and the direction and angle of crack incidence relative to the ledge slope change the location of stress zones within the massif relative to the surface of the outcrop. The identification of zones of increased mechanical stresses in order to predict the behavior of rock massifs with different structural-textural properties is an urgent scientific and practical task. The main aim is identification of the stress concentration zones in the near-slope part of the ledge in the rock massif with different structural-textural properties during open-pit mining. Methods: mathematical modeling of rock massifs with regard to their physical and mechanical properties and structural and textural features using the finite element method, processing the results of experimental studies. Results. The paper introduces the description of the mathematical model of the elastic behavior of a natural fractured rock massif with an outcrop surface in the form of a ledge, as well as the laws of stress concentration distribution in it. The stress-strain state of loaded and unloaded massifs in the undisturbed and disturbed by cracks of different orientation states is described, and their values for ledges with different structure are compared. The authors have revealed the increased values of tensile stresses in the massif in the direction of crack incidence from the ledge slope compared to the undisturbed state and in the direction of crack incidence toward the ledge slope.