Лекція №1 «роль натурних спостережень і вимірів, їхня класифікація»

Процеси механіки гірських порід вивчають із залученням трьох різних груп методів: аналітичних, моделювання й натурних спостережень і вимірів. Остання група методів є при цьому основний, оскільки в процесах гірських робіт надзвичайно велике різноманіття факторів, що впливають. Це обумовлено як більшою розмаїтістю й мінливістю гірничо-геологічних умов, так і варіаціями режимів ведення й параметрів гірських робіт, а також тим, що гірські роботи постійно розвиваються й фронт їх безупинно переміщається в просторі. Тому, хоча спостереження й виміри в натурних умовах трудомісткі й організаційно складні, без них неможливо виявити основні визначальні фактори досліджуваних процесів і правильно поставити завдання для аналітичних досліджень і моделювання.

Основне завдання натурних спостережень полягає в тому, щоб, з'ясувати, загалом механізм досліджуваних процесів, виділити домінуючі фактори, установити найбільш важливі параметри досліджуваних процесів.

До теперішнього часу для завдань механіки гірських порід розроблене й застосовується на практиці велика кількість експериментальних методів натурних вимірів. Їх можна підрозділити по видах розв'язуваних завдань і досліджуваних процесів на чотири основних класи (табл. 1).

Таблиця 1 -

Класифікація методів натурних вимірів у механіку гірських порід

Клас методів		Група методів
I	Визначення фізичних властивостей і структурних характеристик порід у масиві	Визначення щільнісних властивостей порід у масиві. Визначення структурних характеристик породного масиву. Визначення механічних властивостей порід у масиві.
II	Визначення параметрів зрушення гірських порід	Вимір осідань гірських порід і земної поверхні. Вимір горизонтальних зрушень гірських порід і земної поверхні. Вимір відносних зсувів і макродеформацій. Вимір зближень порід у виробітках. Вимір нахилів.
III	Дослідження напруженого стану гірських порід і його змін	Визначення абсолютних деформацій і напруг. Спостереження за змінами деформацій і напруг.
IV	Вивчення взаємодії порід із кріпленням і тиску завалених порід	Вимір тиску порід на кріплення, днища, закладку й ін. Дослідження кріплення й механізованих комплексів.

Крім методів інструментальних спостережень при вивченні процесів механіки гірських порід більшу роль грають візуальні спостереження, які в якості необхідної складової частини в тім або іншому обсязі входять в усі методики дослідження процесів механіки гірських порід у натурних умовах.

Сутність візуальних спостережень складається у фіксації видимих проявів гірського тиску й зрушення гірських порід. Вони дозволяють одержати ті необхідні відомості, які не можуть дати ніякі інструментальні виміри, а саме: установити форми прояву досліджуваних процесів і дати перші якісні подання про механізм процесів, прийнятому звичайно як робоча гіпотеза, тобто основи для вибору методики інструментальних вимірів процесів й їхнього моделювання.

Візуальні спостереження дозволяють у порівняно короткий строк якісно простежити картину прояву процесів механіки гірських порід на більших площах шахтного поля, тоді як інструментальні спостереження через їх набагато більше високу трудомісткість можуть бути проведені в обмежених обсягах.

Сполучення візуальних спостережень із інструментальними вимірами дозволяє:

1. правильно вибрати ділянки для інструментальних вимірі;

2. оцінити показність результатів інструментальних спостережень шляхом якісного порівняння досліджуваних процесів на тих ділянках, де проводили виміру, і на інших ділянках, на яких прагнуть поширити виводи, отримані за даними вимірів;

3. установити область застосування результатів, отриманих при інструментальних спостереженнях.

Досить важливе значення мають результати візуальних спостережень і для правильного наступного формування завдань, розв'язуваних аналітичними методами.

Разом з тим візуальні спостереження варто розглядати і як цілком самостійний метод, особливо ефективний, коли необхідно дати прогноз стану виробок, що експлуатуються. При цьому найчастіше подібні оцінки доводиться виконувати в досить терміновому порядку, і тому інструментальні дослідження й виміру проводити ніколи, а часом і небезпечно.

Однак застосування візуальних методів як основний метод дослідження при передбачуваної їхній простоті вимагає великого досвіду й, головне, досить чіткого уявлення про механізм явищ, що відбуваються.

Наприклад, основна особливість процесу втрати стійкості порід в умовах скельних масивів полягає в домінуючій ролі руйнувань порід над їхнім деформуванням й, як наслідок, в утворенні навколо виробітків ослабленої зони, з меж якої можливе вивало-утворення.

Виходячи із цього головним завданням натурних обстежень виробок візуальними методами в цих умовах є локалізація в першу чергу ділянок руйнувань порід у виробках. У той же час по виду руйнувань, їхньому масштабу й приуроченості до тих або інших структурних елементів масиву можна з достатньою надійністю оцінити рівень напруженості масиву, а також розміри н напрямок діючих сил, якщо останні досягають значень, близьких до межі руйнування порід, до граничної міцності кріплення.

На закінчення необхідно відзначити, що, незважаючи на велике значення й досить широке застосування візуальних методів у механіку гірських порід, до теперішнього часу практично відсутні які-небудь методичні розробки, що регламентують їхнє проведення в якихось типових умовах або для окремих класів завдань. Виключення становлять лише умови скельних масивів, де однієї з перших спроб такого роду є детальний опис візуальних методів одержання вихідної інформації для цілей оцінки стійкості виробок.