Анизотропные зоны в напряженном массиве

Abstract

В последние десятилетия существенно увеличилась глубина горных работ (до 2, 3 и даже 4 км), глубина бурения скважин достигла 10 и более километров. С каждым шагом углубления горных работ изменяется характер проявлений горного давления: наряду с обрушением и сдвижением пород учащаются их стреляние, шелушение, горные удары, внезапные выбросы, раздавливание целиков, выдавливание конструктивных элементов выработок и т.д. Данные о распределении напряженного состояния в горных породах имеют три основных варианта. Превалирующее вертикальное напряжение; превалирующее горизонтальное напряжение и примерный паритет горизонтального и вертикального напряжений. Основные причины и условия возникновения аномальных горизонтальных и вертикальных напряжений рассмотрены в данной публикации. Представление о напряжениях массива горных пород, обусловливаемых гравитацией и боковым распором, является верным лишь в отдельных случаях. В реальных условиях напряженное состояние формируется не только гравитационными силами, но и тектоническими процессами, вызывающими локальные концентрации напряжений или разгрузку, температурными и химическими изменениями, связанными также с историей образования и нагружения пород, их выветриванием. Определенную роль играют релаксация напряжений, вероятное расширение морского дна, дрейф континентов под действием конвекционных процессов и другие причины. В целом отмечается закономерное увеличение плотности и напряженного состояния пород с глубиной. Но результаты измерений показывают, что на некоторых участках, на глубинах нескольких сот метров, горизонтальные напряжения существенно превышают литостатические нагрузки, и такие сжимающие усилия трудно объяснить только весом выше залегающей толщи горных пород. Фактические измерения напряженного состояния в разных типах горных пород на глубинах до нескольких тысяч метров показали существенные изменения горизонтальных напряжений от 0 до 150-200 МПа. Интересным представляются факты приуроченности избыточных напряжений к кристаллическим породам фундамента, тогда как для осадочных пород и зон гипергенеза значительные горизонтальные напряжения не характерны.