Научная статья на тему 'Расчет паспорта прочности горных пород, находящихся в естественных условиях массива, с использованием критерия Хука-Брауна и программы RocData'

Расчет паспорта прочности горных пород, находящихся в естественных условиях массива, с использованием критерия Хука-Брауна и программы RocData Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
2838
313
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
FAILURE ENVELOPE / HOEK-BROWN AND MOHR-COULOMB STRENGTH CRITERIA / GEOLOGICAL STRENGTH INDEX GSI / PRINCIPAL STRESSES / SHEAR AND NORMAL STRESSES / ROCK MASS / GABBRO-DOLERITE

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Хажыылай Ч. В., Еременко В. А., Косырева М. А., Янбеков А. М.

Представлена методика построения паспорта прочности горных пород, находящихся в естественных условиях массива, и анализа их физико-механических свойств с использованием программы RocData. Проанализированы исходные параметры критерия Хука-Брауна, даны их численное количественное и качественное определение на основе классификационных таблиц и диаграмм Эверта Хука и назначение. Критерий устанавливается на основе определения физико-механических свойств интактных горных пород и дальнейшим вводом трех факторов, ухудшающих эти свойства на основе характеристик нарушенности массива. В процессе моделирования свойства ненарушенного массива поэтапно подвергаются внешним воздействиям природного и техногенного происхождения. В результате снижаются прочностные свойства горных пород, изначально учтенные в критерии (предел прочности на одноосное сжатие ненарушенной породы s, геологический индекс прочности GSI, параметр cж ненарушенной горной породы m i, коэффициент техногенной нарушенности массива D и модуль деформации E i), и становятся максимально близкими к свойствам массива горных пород в естественных условиях. Даны результаты расчета физико-механических свойств и построения паспорта прочности вмещающей горной породы Таймырского рудника габбро-долерита для естественных условий массива, с учетом его геологических и структурных особенностей. Определены эквивалентные параметры Кулона-Мора (сцепление с ' и угол внутреннего трения j'), прочностные свойства пород в массиве (прочность на растяжение, одноосное сжатие и объемное сжатие), модуль деформации, определен тип разрушения массива по линии Можи. Ключевые слова : паспорт прочности, критерии прочности Хука-Брауна и Кулона-Мора, геологический индекс прочности (GSI), главные, касательные и нормальные напряжения, массив горных пород, габбро-долерит.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Хажыылай Ч. В., Еременко В. А., Косырева М. А., Янбеков А. М.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

In-situ rock mass failure envelope plotting using the Hoek-Brown criterion and RocData software toolkit

The article presents the procedure to plot failure envelope and analyze physical and mechanical properties of in-situ rock mass using RockData software toolkit. General information is given for the commonly used strength criteria of Mohr-Coulomb and Hoek-Brown. The Hoek-Brown criterion parameters are discussed, as well as the purpose and the quantitative and qualitative estimation of these parameters using Hoek’s classification tables and diagrams is described. The criterion is determined based on the physical and mechanical properties of an intact rock mass; then, three deteriorating factors are included from the rock mass quality characteristic. While modeled, an intact rock mass is exposed both to natural and man-mad external effects. As a result, the rock mass strength characteristics included in the strength criterion worsen (uniaxial compressive strength σc, geological strength index GSI, material constant of intact rock mass mi, disturbance factor D and deformation modulus Ei) and approach properties of in-situ rock mass. The article describes a case study of calculating physical-mechanical properties and plotting failure envelope for enclosing rock mass of Taimyr gabbro-diorite mine with regard to local geology and structure. The equivalent Mohr-Coulomb parameters (cohesion с' and internal friction angle φ'), strength characteristics of rock mass (tensile strength, uniaxial compression, triaxial compression) and the modulus of deformation are found, as well as the type of failure is determined from Mogi’s line.

Текст научной работы на тему «Расчет паспорта прочности горных пород, находящихся в естественных условиях массива, с использованием критерия Хука-Брауна и программы RocData»

УДК 622.272

Ч.В. Хажыылай, В.А. Еременко, М.А. Косырева, А.М. Янбеков

РАСЧЕТ ПАСПОРТА ПРОЧНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД, НАХОДЯЩИХСЯ В ЕСТЕСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ МАССИВА,

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КРИТЕРИЯ ХУКА-БРАУНА И ПРОГРАММЫ ROCDATA

Аннотация. Представлена методика построения паспорта прочности горных пород, находящихся в естественных условиях массива, и анализа их физико-механических свойств с использованием программы RocData. Проанализированы исходные параметры критерия Хука-Брауна, даны их численное количественное и качественное определение на основе классификационных таблиц и диаграмм Эверта Хука и назначение. Критерий устанавливается на основе определения физико-механических свойств интактных горных пород и дальнейшим вводом трех факторов, ухудшающих эти свойства на основе характеристик нарушенности массива. В процессе моделирования свойства ненарушенного массива поэтапно подвергаются внешним воздействиям природного и техногенного происхождения. В результате снижаются прочностные свойства горных пород, изначально учтенные в критерии (предел прочности на одноосное сжатие ненарушенной породы стсж, геологический индекс прочности GSI, параметр ненарушенной горной породы т., коэффициент техногенной нарушенности массива D и модуль деформации E.), и становятся максимально близкими к свойствам массива горных пород в естественных условиях. Даны результаты расчета физико-механических свойств и построения паспорта прочности вмещающей горной породы Таймырского рудника габбро-долерита для естественных условий массива, с учетом его геологических и структурных особенностей. Определены эквивалентные параметры Кулона-Мора (сцепление с' и угол внутреннего трения ф'), прочностные свойства пород в массиве (прочность на растяжение, одноосное сжатие и объемное сжатие), модуль деформации, определен тип разрушения массива по линии Можи.

Ключевые слова: паспорт прочности, критерии прочности Хука-Брауна и Кулона-Мора, геологический индекс прочности (GSI), главные, касательные и нормальные напряжения, массив горных пород, габбро-долерит.

Введение

Для описания геомеханических процессов в массиве горных пород при разработке месторождений полезных ископаемых используются различные критерии прочности [1—5]. Отличаются они друг от друга принципами, положенными в их основу, способом обобщения многообразия напряженных состояний и числом констант, позволяющих учитывать свойства конкретных материалов.

DOI: 10.25018/0236-1493-2018-12-0-92-101

Критерий прочности представляет собой зависимость напряженно-деформированного состояния массива горных пород и его механических свойств. На основе имеющихся критериев строят паспорт прочности горных пород, под которым понимают совокупность показателей, характеризующих их прочность, рассматриваемых в качестве критерия поведения горной породы под воздействием механических нагрузок. Паспорт

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2018. № 12. С. 92-101. © Ч.В. Хажыылай, В.А. Еременко, М.А. Косырева, А.М. Янбеков. 2018.

прочности рассчитывается и строится по результатам испытаний образцов и позволяет оценить условия разрушения пород в различных напряженных состояниях.

Наиболее широко распространенными критериями прочности являются критерий Кулона-Мора, представляющий собой зависимость касательных напряжений от величины приложенных нормальных, и обобщенный критерий Хука-Брауна. Согласно критерию Кулона-Мора разрушение происходит при условии, когда касательные или нормальные напряжения достигают предельного значения.

Расчет и построение паспорта прочности вмещающих горных пород Таймырского рудника были проведены в программе RocData на основе обобщенного критерия Хука-Браунав соответствии с имеющимися данными о результатах лабораторных испытаний. Данная программа предназначена для определения физико-механических свойств горных пород находящихся в естественных условиях массива рассматриваемых участков рудника на основе четырех основных критериев прочности: Кулона-Мора, обобщенного критерия Хука-Брауна, Бартона-Бандиса и PowerCurve. Программа RocData позволяет определять физико-механические свойства горных пород находящихся в естественных условиях массива (пределы прочности, модуль деформации и эквивалентные параметры с' и ф') путем введения критериев ослабления прочностных свойств породы Хука-Брауна.

Программа RocData включает в себя базу данных свойств горных пород RocProp, которая функционирует как отдельная программа входящая в программный комплекс RocData. База данных позволяет пользователям добавлять свои результаты исследований свойств горных пород. Приложение RocProp со-

стоит из более 900 примеров результатов испытаний, проведенных на интакт-ных образцах горных пород.

Общие сведения

о критериях прочности

Критерий Кулона-Мора основан на гипотезах Мора «О зависимости предельных касательных напряжений от промежуточного нормального напряжения» и Кулона «О том, что зависимость обусловлена внутренним трением в твердом теле» и как уже упоминалось раннее разрушение происходит при достижении максимального касательного напряжения, зависящего от нормального напряжения на площадке сдвига [6].

Паспортом прочности по критерию Кулона-Мора является кривая, огибающая предельные круги напряжений Мора в координатах нормальных и касательных напряжений. Круги Мора — это круговая диаграмма, дающая наглядное представление о напряжениях в различных сечениях, проходящих через данную точку, и соответствующая предельному напряженному состоянию, достигаемому при данном соотношении наибольшего и наименьшего главных напряжений.

Критерий Кулона-Мора для прямого сдвига выражают в виде уравнения:

т = С + стп • tanф

где т — предел прочности породы на сдвиг, МПа; С — сцепление, МПа; стп-нормальное напряжение, МПа; ф — угол внутреннего трения, град. ^апф — коэффициент внутреннего трения).

Также критерий может быть выражен в пространстве главных напряжений:

2 • C • cos m 1 + sin ф

=- +- • ст3

1 - sin ф 1 - sin ф

где ст1 и ст3 — главные максимальные и минимальные нормальные напряжения, МПа.

Графическая реализация критерия прочности Кулона-Мора проста и позволяет оценить устойчивость рассматриваемого геоматериала, вписав предельный круг напряжения Мора в диаграмму (рис. 1).

Критерий Хука-Брауна является «обобщенной» моделью поведения геоматериалов путем введения дополнительных эмпирических параметров в критерий

Рис. 1. Графики зависимостей предельных значений касательных напряжений от нормальных: стабильное состояние (а); предельное состояние (б); нестабильное состояние — разрушение (в); ст1, ст2 — главные максимальные и минимальные напряжения, МПа; т — предел прочности на сдвиг; стп — нормальные напряжения; Т — предел прочности на растяжение Fig. 1. Peak shear stress versus normal stress curve: stable state (a); limit state (b) unstable state—failure (c); ст ст2—principal major and minimum stresses, MPa; т—shearing strength; стп—normal stresses; Т—ultimate tensile strength

Кулона-Мора и позволяет достаточно точно определять прочность горных пород, находящихся в естественных условиях, так как основан на результатах большого числа экспериментальных исследований. Критерий устанавливается на основе определения физико-механических свойств интактных горных пород и дальнейшим вводом трех факторов, ухудшающих эти свойства на основе характеристик нарушенности массива [7—11]. В процессе моделирования свойства ненарушенного массива поэтапно подвергаются внешним воздействиям как природного, так и техногенного происхождения. В результате снижаются прочностные свойства горных пород, которые изначально учитываются в критерии (предел прочности на одноосное сжатие ненарушенной породы стсж, геологический индекс прочности GSI (Geological Strength Index), параметр ненарушенной горной породы mi, коэффициент техногенной нарушенности массива D и модуль деформации E), и становятся максимально близкими к свойствам массива горных пород в естественных условиях.

Последней версией критерия Хука-Брауна является «Обобщенный критерий прочности Хука-Брауна», который определяется в виде уравнения [7, 8]:

f Y

=°з +°С6 ■ mb ■ — + S

I Gcij где ст1, ст3 — главные максимальные и минимальные напряжения, МПа; стсж — прочность на одноосное сжатие ненарушенной породы, МПа; mb, s, a — постоянные Хука-Брауна, которые определяются по формулам:

GSI -100

mb - m: ■ exp |

s = exp

28 -14 ■ D,

GSI -100

9 - 3 ■ D

Таблица 1

Определение коэффициента техногенной нарушенности массива D Determination of rock mass disturbance factor D

Описание

D = 0 Хорошее качество пород. Минимальные нарушения, механический способ проходки выработок

D = 0,5 Случаи, когда горное давление приводит к нарушению приконтурного массива, а также обрушениям массива вмещающего выработку. Буровзрывной способ проходки выработок

D = 0,8 Выработка, пройденная с применением буровзрывного способа проходки, который приводит к нарушению приконтурного массива на глубину до 2—3 м

1 1

a = — + — ■ 2 6

_ GS[ 15

_ e

20 } 3

где т. — параметр ненарушенной породы, не описывает степень трещиновато-сти или физико-механические свойства породы, а соответствует его литологии и

генезису; вБ! — геологический индекс прочности; О — коэффициент техногенной нарушенности массива; e — основание натурального логарифма (число Эйлера, приблизительно равно 2,71828).

Коэффициент техногенной нарушенности массива был введен в программу

Состояние поверхности обнажения

Очень Хорю- Сред- Плохое Очень

хоро- шее нее плохое

шее

Структура

Ухудшение состояния поверхности

Ненарушенная или массивная - ненарушенная блоковая или массивная с несколькими редкими нарушениями, рас-

положенными на большом расстоянии

Блочная - хорошо сцементированная ненарушенная горная масса, состоящая из кубических блоков, образованных

тремя пересекающимися наборами трещин

ш

Сильно блочная - сцементированная, § частично нарушенная масса с многогран- о ными, угловатыми блоками, образован- д ными 4 и большим количеством тегом трешин ^

Блочная/нарушенная/слоистая - ело- в женная угловатыми блоками, обраэо- 0 ванными большим числом трешин. При- г сутетвие горизонтальных слоев или сланцев £

Дезинтегрированная - слабосиементи- в рованная, сильно нарушенная горная масса, состоящая из угловатых и круглых фрагментов порол

Слоистая/разделенная - небольшое количество блоков ввиду сильной ''■■"'■ М слоистости или наличия поверхностей сов ига

Рис. 2. Сценарии определения индекса GSI с учетом литологии, структуры, текстуры и состояния поверхностей стенок трещин по Э. Хуку

Fig. 2. Scenario of GSI determination considering lithology, structure, texture and wearing of joint surfaces by Hoek

для более плавного перехода от свойств ненарушенного образца к породам, находящимся в естественных условиях массива. Он не зависит от типа, строения и физико-механических свойств исследуемого массива, а является отражением техногенного воздействия на исследуемую породу и условия проходки. Значение фактора О изменяется от 0 (минимальное техногенное воздействие на породу — хорошее качество пород) до 0,8 (низкое качество пород, буровзрывной способ проходки выработки) для подземных выработок, а для откосов бортов карьера от 0,7 до 1. Значение параметра оценивается на основе классификационного графика Хука-Брауна, встроенного в программу RocData (табл. 1).

В 1994 г. Эверт Хук совместно с другими учеными предложили метод получения оценки прочности массива горных пород, основанный на оценке блочности массива и состояния поверхностей стенок трещин [8]. Развитие этого метода привело к созданию новой классификации, основой которой является геологический индекс прочности вв/.

Геологический индекс прочности является безразмерной величиной и учитывает геологические особенности породного массива, его структуру и трещи-новатость.

Индекс вв/ также оценивается по классификационной таблице Хука-Брауна, значения которого изменяется от 0 до 100 (рис. 2).

Классификационные таблицы Эверта Хука постоянно совершенствуются в зависимости от запросов, вытекающих из практики. Геологический индекс прочности вв/ будет считаться однородным и изотропным в случае, если исключить последние две категории структуры массива, поэтому в обновленной классификационной таблице индекса вв/ имеются только 4 категории структуры массива.

Численный расчет индекса вв/ проводится через показатель качества породы RQО, рейтинг RMRgg или О-индекс в системах Бенявски и Бартона:

RQD .

GSI = 1,5 • Jcond8

2

для RMRgg > 23: вв/ = RMRgg— 5; для RMRgg < 23: вв/ = RMRgg; вв/ = 9 • ^еО' + 44;

ЯОО . л

Л ' Л

о = R^D. Л.

Л Л SRF

0' =

где Лопйю — коэффициент трещиновато-сти горных пород (из системы RMRgg); RMRgg — рейтинг массива горных пород; О — индекс качества породного массива; Jn — коэффициент, характеризующий число систем трещин; Jr — коэффициент, характеризующийшероховатость поверхности трещин; Ja — коэффициент, характеризующий измененность стенок трещин; Jw — коэффициент, характеризующий присутствие воды в трещинах; SRF — коэффициент, характеризующий разрушение породы вследствие избыточного горного давления или уменьшенного обжимающего напряжения вблизи поверхности.

В данном случае отношение Jw /SRF в О-системе не учитывается, так как эти рейтинговые показатели не характеризуют свойства горных пород.

Дополнительно также вычисляются эквивалентные параметры Кулона-Мора для определенных диапазонов, через постоянные Хука-Брауна: ть, в и а.

Расчет паспорта прочности

горной породы

При проведении научно-исследовательской работы рассчитан паспорт прочности вмещающих горных пород Таймырского рудника находящихся в естественных условиях массива (табл. 2). В статье в качестве примера приведен

Таблица 2

Исходные параметры для расчета паспорта прочности

Input parameters for plotting failure envelope

Параметры В образце В массиве

Предел прочности на одноосное сжатие 122 МПа 41 МПа

GSI (геологический индекс прочности) 60 -

Структурный индекс (параметр ненарушенной породы) m = 26 m = 6,2 b

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Модуль деформации (Юнга) 7,3 ГПа 3,8 ГПа

Сцепление - 9 МПа

Угол внутреннего трения - 41°

1 / ----il 2 / 1

/

/ 1

t

/

/ /

/

/

у / f

Г /

t

f

{ 'в

I1

0 10 20 30 40 50 Minor principal stress (MPa)

Analysis of Rock Strength using RocLab

Hoek-Brown Classification

intact uniaxial сотр. strength (sigci) = 122 MPa GSI = 60 mi = 26 Disturbance factor (D) = 0 intact modulus (Ei) = 7300 MPa

Hoek-Brown Criterion

mb = 6.231 5 = 0.0117 a = 0.503

Mohr-Coulomb Fit

cohesion = 9.256 MPa friction angle = 41.79 deg

Rock Mass Parameters

tensile strength = -0.230 MPa uniaxial compressive strength = 13.055 MPa global strength = 41.374 MPa deformation modulus = 3796.00 MPa

1 - огибающая Хука-Брауна (паспорт прочности горной породы по критерию Хука-Брауна); 2- линия Можи

б)

60 50

СП

9z 40

®> in

Ч) 30

Е Ш

L_ СЛ

аэ п СО

|6n

О 10 20 30 40 50 60 Normal stress (MPa)

Рис. 3. Паспорт прочности вмещающей горной породы — габбро-долерита, в массиве горных пород Таймырского рудника: в пространстве главных напряжений (а); в пространстве касательных и нормальных напряжений (б)

Fig. 3. Failure envelope for gabbro-dolerite enclosing rock mass of Taimyr mine: principal stresses (a); shear and normal stresses (b)

расчет паспорта прочности горной породы габбро-долерита и выполнен анализ ее физико-механических свойств.

Для расчета и анализа паспорта прочности массива горных пород Таймырского рудника использовался программный пакет RocData на основе обобщенного критерия Хука-Брауна, который является функцией максимального и минимального главных напряжений.

При расчетах задавались параметры:

• Геологический индекс прочности вБ! = 60 — рассчитывался через рейтинговый показатель RMRS9;

• О = 0,2 — нарушенность приконтур-ного массива горных пород — средняя;

• Структурный индекс т. = 26 для габбро-долерита.

Исследуя физико-механические свойства вмещающей горной породы габбро-долерита с использованием программы получены прочностные свойства горной породы находящейся в естественных условиях массива (табл. 2), что позволяет точно определять его напряженно-деформированное состояние и, например, проектировать параметры крепи выработок [12—19].

Выводы

В результате анализа физико-механических свойств горных пород в программе RocData был построен паспорт прочности массива горных пород Таймырского рудника и вычислены:эквивалентные параметры Кулона-Мора (сцеп-

ление с' и угол внутреннего трения ф'), прочностные свойства пород в массиве (прочность на растяжение, одноосное сжатие и объемное сжатие), модуль деформации, а также определен тип разрушения массива по линии Можи (если огибающая выше линии — массив имеет упругие свойства, если ниже — пластичные свойства).

Программа RocData, разработанная на основе обобщенного критерия Хука-Брауна, позволяет рассчитать паспорт прочности горных пород находящихся в естественных условиях массива любого рудника по различным сочетаниям результатов испытаний.

Построенный паспорт прочности имеет формат представленный на рис. 2, который содержит легенду данных и график паспорта прочности. Программа Roc Data также позволяет получить отчет в программе Excel: табличные значения входных и выходных параметров, предельных напряжений и график паспорта прочности.

Полученные параметры из анализа свойств можно использовать в качестве исходных данных для ввода в программу численного моделирования, например, Map3D [20], которая требует знания свойств горных пород для выполнения анализа напряженно-деформированного состояния и устойчивости массива, а также, например, для проектирования параметров систем разработки или крепи выработок.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Еременко В. А., Айнбиндер И. И., Пацкевич П. Г., Бабкин Е.А. Оценка состояния массива горных пород на рудниках ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2017. — № 1. — С. 5—17.

2. Лушников В.Н., Сэнди М. П., Еременко В.А., Коваленко А.А., Иванов И.А. Методика определения зоны распространения повреждения породного массива вокруг горных выработок и камер с помощью численного моделирования // Горный журнал. — 2013. — № 12. — С. 5—17.

3. Протосеня А. Г., Вербило П.Э. Оценка прочности блочного массива методом численного моделирования // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2016. — № 4. — С. 47—54.

4. Bahrani N., Hadjigeorgiou J. Influence of Stope Excavation on Drift Convergence and Support Behavior: Insights from 3D Continuum and Discontinuum // Models Rock Mechanics and Rock Engineering. 2018. pp. 1-19.

5. Paul A., Murthy V. M.S. R., Prakash A., Singh A. K. Estimation of rock load in development workings of underground coal mines. A modified RMR approach current science, 114(10), 2018. pp. 2167-2174.

6. Зерцалов М. Г. Геомеханика. - М.: НИУ МГСУ, 2015. - 105 с.

7. Hoek E., Carter T. G, Diederichs M.S. Quantification of the Geological Strength Index Chart. 2013.

8. Hoek E., Martin C. D. Fracture initiation and propagation in intact rock . A review // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering xxx (2014) 1—14.

9. Barton N. Application of Q-System and Index Tests to Estimate Shear Strength and Deformability of Rock Masses. Workshop on Norwegian Method of Tunneling. New Delhi, 1993. pp. 66-84.

10. Кузьмин Е. В., Святецкий В. С., Стародумов А. В., Иоффе А. М., Величко Д. В. Определение параметров геомеханического состояния породного массива на контурах выемочных камер // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2014. — № 12. — С. 177—186.

11. Shahi Sooq H., Shahbazi K. The best failure criteria with an analytical model for underbal-anced drilling. 2013.

12. Еременко В. А., Айнбиндер И. И., Марысюк В. П., Наговицин Ю. Н. Разработка инструкции по выбору типа и параметров крепи выработок рудников Талнаха на основе количественной оценки состояния массива // Горный журнал. — 2018. — № 10.

13. Неугомонов С. С., Волков П. В., Жирнов А.А. Крепление слабоустойчивых пород усиленной комбинированной крепью на основе фрикционных анкеров типа СЗА // Горный журнал. — 2018. — № 2. — С. 31—34.

14. Зубков А. А., Латкин В. В., Неугомонов С. С., Волков П. В. Перспективные способы крепления горных выработок на подземных рудниках // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2014. — СВ S1-1. — С. 106—117.

15. Калмыков В. Н., Волков П. В., Латкин В. В. Обоснование параметров сталеполимерной анкерной крепи при проведении опытно-промышленных испытаний в условиях Сафьянов-ского подземного рудника // Актуальные проблемы горного дела. — 2016. — № 2. — С. 27—35.

16. Калмыков В. Н., Латкин В. В., Зубков А. А., Неугомонов С. С., Волков П. В. Технологические особенности возведения усиленной комбинированной крепи на подземных рудниках // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2015. — СВ 15. — С. 63—69.

17. Мясков А. В. Методологические основы эколого-экономического обоснования сохранения естественных экосистем в горнопромышленных регионах // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2011. — № 1 — С. 399—401.

18. Мясков А. В. Современные эколого-экономические проблемы недропользования // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2014. — № 2 — С. 157—160.

19. Timonin V. V., Kondratenko A.S. Process and measuring equipment transport in uncased boreholes // J. Min. Sci. 2015. Vol. 51. No 5, pp. 1056—1061.

20. Еременко В.А. Курсы подготовки геомехаников (геотехников), геологов и горных инженеров по программам Map3D и Rocscience (Dips, RocData, Unwedge) // Горный журнал. — 2018. — № 2. — 2 с. (¡223

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Хажыылай Чодураа Владимировна1 — студент, e-mail: [email protected], Еременко Виталий Андреевич — доктор технических наук, профессор РАН, директор научно-исследовательского центра

«Прикладная геомеханика и конвергентные горные технологии» МГИ НИТУ «МИСиС», e-mail: [email protected],

Косырева Марина Александровна1 — студент, e-mail: [email protected], Янбеков Амир Маратович1 — студент, e-mail: [email protected], 1 Российский университет дружбы народов,

Департамент недропользования и нефтегазового дела Инженерной академии РУДН.

ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2018. No. 12, pp. 92-101.

In-situ rock mass failure envelope plotting using the Hoek-Brown criterion and RocData software toolkit

Khazhyylay Ch.V., Student, e-mail: [email protected],

Eremenko V.A., Doctor of Technical Sciences, Professor of Russian Academy of Sciences, Director of the Research Center «Application of Geomechanics and Mining of Convergent Technologies»,

Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS», 119049, Moscow, Russia, e-mail: [email protected], Kosyreva M.A., Student, e-mail: [email protected], YanbekovA.M., Student, e-mail: [email protected], 1 Peoples' Friendship University of Russia (RUDN University), Engineering Academy, 117198, Moscow, Russia.

Abstract. The article presents the procedure to plot failure envelope and analyze physical and mechanical properties of in-situ rock mass using RockData software toolkit. General information is given for the commonly used strength criteria of Mohr-Coulomb and Hoek-Brown. The Hoek-Brown criterion parameters are discussed, as well as the purpose and the quantitative and qualitative estimation of these parameters using Hoek's classification tables and diagrams is described. The criterion is determined based on the physical and mechanical properties of an intact rock mass; then, three deteriorating factors are included from the rock mass quality characteristic. While modeled, an intact rock mass is exposed both to natural and man-mad external effects. As a result, the rock mass strength characteristics included in the strength criterion worsen (uniaxial compressive strength ac, geological strength index GSI, material constant of intact rock mass mi, disturbance factor D and deformation modulus Ei) and approach properties of in-situ rock mass. The article describes a case study of calculating physical-mechanical properties and plotting failure envelope for enclosing rock mass of Taimyr gabbro-diorite mine with regard to local geology and structure. The equivalent Mohr-Coulomb parameters (cohesion c' and internal friction angle $'), strength characteristics of rock mass (tensile strength, uniaxial compression, triaxial compression) and the modulus of deformation are found, as well as the type of failure is determined from Mogi's line.

Key words: failure envelope, Hoek-Brown and Mohr-Coulomb strength criteria, geological strength index GSI, principal stresses, shear and normal stresses, rock mass, gabbro-dolerite.

DOI: 10.25018/0236-1493-2018-12-0-92-101

REFERENCES

1. Eremenko V. A., Aynbinder I. I., Patskevich P. G., Babkin E. A. Otsenka sostoyaniya massiva gornykh porod na rudnikakh ZF OAO «GMK «Noril'skiy nikel'» [Rock mass assessment in mines of the Polar Division of Norilsk Nickel MMC], Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017, no 1, pp. 5—17.

2. Lushnikov V. N., Sendi M. P., Eremenko V. A., Kovalenko A. A., Ivanov I. A. Metodika opredeleniya zony rasprostraneniya povrezhdeniya porodnogo massiva vokrug gornykh vyrabotok i kamer s pomoshch'yu chislennogo modelirovaniya [Procedure to determine extent of damaged rock zones around stopes and rooms using numerical modeling], Gornyyzhurnal. 2013, no 12, pp. 5—17.

3. Protosenya A. G., Verbilo P. E. Otsenka prochnosti blochnogo massiva metodom chislennogo modelirovaniya [Strength estimation in blocky rock mass by the numerical modeling method], Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Gornyy zhurnal. 2016, no 4, pp. 47—54.

4. Bahrani N., Hadjigeorgiou J. Influence of Stope Excavation on Drift Convergence and Support Behavior: Insights from 3D Continuum and Discontinuum, Models Rock Mechanics and Rock Engineering. 2018. pp. 1—19.

5. Paul A., Murthy V. M. S. R., Prakash A., Singh A. K. Estimation of rock load in development workings of underground coal mines. A modified RMR approach current science, 114(10), 2018. pp. 2167—2174.

6. Zertsalov M. G. Geomekhanika [Geomechanics], Moscow, NIU MGSU, 2015, 105 p.

7. Hoek E., Carter T. G, Diederichs M. S. Quantification of the Geological Strength Index Chart. 2013.

8. Hoek E., Martin C. D. Fracture initiation and propagation in intact rock. A review, Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering xxx (2014) 1—14.

9. Barton N. Application of Q-System and Index Tests to Estimate Shear Strength and Deformability of Rock Masses. Workshop on Norwegian Method of Tunneling. New Delhi, 1993, pp. 66—84.

10. Kuz'min E. V., Svyatetskiy V. S., Starodumov A. V., Ioffe A. M., Velichko D. V. Opredelenie parametrov geomekhanicheskogo sostoyaniya porodnogo massiva na konturakh vyemochnykh kamer [Determination

of geomechanical parameters of rocks at the boundaries of stopes], Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2014, no 12, pp. 177-186.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

11. Shahi Sooq H., Shahbazi K. The best failure criteria with an analytical model for underbalanced drilling. 2013.

12. Eremenko V. A., Aynbinder I. I., Marysyuk V. P., Nagovitsin Yu. N. Razrabotka instruktsii po vyboru tipa i parametrov krepi vyrabotok rudnikov Talnakha na osnove kolichestvennoy otsenki sostoyaniya massiva [Development of guidelines for selecting ground support design for Talnakh mines based on evaluation of rock mass quality], Gornyyzhurnal. 2018, no 10.

13. Neugomonov S. S., Volkov P. V., ZHirnov A. A. Kreplenie slaboustoychivykh porod usilennoy kombiniro-vannoy krep'yu na osnove friktsionnykh ankerov tipa SZA [Improved combination support of weakened rocks using expandable friction rock bolts], Gornyy zhurnal. 2018, no 2, pp. 31—34.

14. Zubkov A. A., Latkin V. V., Neugomonov S. S., Volkov P. V. Perspektivnye sposoby krepleniya gornykh vyrabotok na podzemnykh rudnikakh [Promising methods of ground support for underground mines], Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2014. Special edition S1-1, pp. 106—117.

15. Kalmykov V. N., Volkov P. V., Latkin V. V. Obosnovanie parametrov stalepolimernoy ankernoy krepi pri provedenii opytno-promyshlennykh ispytaniy v usloviyakh Saf'yanovskogo podzemnogo rudnika [Substantiation of fully grouted rock bolting design for full-scale trial in Safianovsky mine], Aktual'nye problemygornogo dela. 2016, no 2, pp. 27—35.

16. Kalmykov V. N., Latkin V. V., Zubkov A. A., Neugomonov S. S., Volkov P. V. Tekhnologicheskie osoben-nosti vozvedeniya usilennoy kombinirovannoy krepi na podzemnykh rudnikakh [Technological features of installation of combination ground support and surface reinforcement in underground mines], Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2015. Special edition 15, pp. 63—69.

17. Myaskov A. V. Metodologicheskie osnovy ekologo-ekonomicheskogo obosnovaniya sokhraneniya estestvennykh ekosistem v gornopromyshlennykh regionakh [Methodological framework for economic and ecological justification of preservation of natural eco-systems in mining regions], Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2011, no 1, pp. 399—401.

18. Myaskov A. V. Sovremennye ekologo-ekonomicheskie problemy nedropol'zovaniya [Current economic and ecological problems in the subsoil use], Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2014, no 2, pp. 157—160.

19. Timonin V. V., Kondratenko A. S. Process and measuring equipment transport in uncased boreholes, J. Min. Sci. 2015. Vol. 51. No 5, pp. 1056—1061.

20. Eremenko V. A. Kursy podgotovki geomekhanikov (geotekhnikov), geologov i gornykh inzhenerov po programmam Map3D i Rocscience (Dips, RocData, Unwedge) [Training courses on Map3D and Rocscience programs (Dips, RocData, Unwedge) for geomechanics (geotechnical engineers), geologists and mining engineers], Gornyy zhurnal. 2018, no 2, 2 p. [In Russ].

Н.Я. РШ1ИН Л.Н. РЕПИН

ПРАКТИКУМ

ПРОЦЕССЫ

ОТКРЫТЫХ mm

ГОРНЫХ / /

РАБОТ ^^^

А

НОВИНКИ ИЗДАТЕЛЬСТВА «ГОРНАЯ КНИГА»

Репин Н.Я., Репин Л.Н.

Практикум по дисциплине «Процессы открытых горных работ»

Год: 2018 Страниц: 156

ISBN: 978-5-98672-489-8 (в пер.) UDK: 622.221

В соответствии с учебной программой изложена методика решения задач по оценке свойств горных пород, выбору горного и транспортного оборудования, соответствующего условиям индивидуальных заданий, по расчету важнейших параметров и показателей буровых, взрывных, выемочно-погрузочных работ, а также работ по транспортированию и складированию горных пород. Дана последовательность решения задач по каждому технологическому процессу и по обоснованию их взаимосвязи. Приведена необходимая информация по технологическим параметрам и показателям работы основного горно-транспортного оборудования. Для студентов, обучающихся по специальности «Открытые горные работы» направления подготовки «Горное дело».

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.