Зональная дезинтеграция горных пород вокруг подземных выработок

Зональная дезинтеграция горных пород вокруг подземных выработок — физический эффект, который проявляется «вокруг подземных выработок, расположенных на глубине, где гравитационная составляющая напряжений близка к пределу прочности пород на одноосное сжатие либо превышает его, и происходит образование кольцеобразных чередующихся зон относительно ненарушенных и разрушенных пород»^{[1][2][3][4][5]}. Явление противоречит представлениям классической механики горных пород и массивов,^[6] согласно которым движение фронта запредельного деформирования (разрушения, дезинтеграции) реализуется от контура выработки вглубь массива с образованием зон пластического, упруго-пластического и упругого состояний горных пород.

Вероятно, впервые эффект наблюдался в золоторудной шахте в Южной Африке,^[7][8] затем он был независимо открыт и описан в СССР^{[1][2][3][4][5][9][10]}. Существует большое количество научных работ различных авторов, в которых представлены различные аспекты явления. Тем не менее, адекватная физическая модель и теория явления не созданы. Взамен предложены многочисленные гипотезы, которые не верифицированы^[11].

Гипотезы о механизме явления

Парадоксальность явления инициировала появление гипотез, категорично^[12][13] или неявно^{[14][15][16][17]} отвергающих его физическую реальность.

Для интерпретации явления использовались многие математические модели механики сплошных и дискретных сред^{[18][19][20][21][22][23][24][25][26][27][28][29][30][31][32][33][34][35][36][37][38][39][40][41][42][43][44][45][46][47]}. Принципиальный недостаток этого подхода заключается в абстрагировании от реальной структуры вещества: бесконечно малые объёмы (дифференциалы) со времён Сен Венана не учитывают реальные физические процессы в веществе.^[48]

Для устранения недостатков моделей на основе механики сплошных и дискретных сред разработаны модели учитывающие структуру массива методами физической мезомеханики^{[49][50][51][52]}.

Гипотеза, выдвинутая на основе закономерностей периодического горного давления, выстроена на предположении об изгибе слоистого массива над выработкой^[53].

Ещё одна гипотеза разработана по аналогии с автоволновыми химическими процессами. С использованием модуля масштабного фактора ${\displaystyle a_{i}=2^{i/2}}$ предложены количественные параметры Курлени-Опарина явления: радиус начала зоны дезинтеграции ${\displaystyle r_{i}}$, толщина оболочки мелкомасштабной дезинтеграции ${\displaystyle {\vartriangle }r_{i}}$ и пространственно-временная связь формирования зон:^[4][5] ${\displaystyle r_{i}=r_{0}a_{i}}$, ${\displaystyle {\vartriangle }r_{i}=(0,05-0,11)r_{i}}$, ${\displaystyle {r_{i}}/{t_{i}^{1/2}}=const}$, где ${\displaystyle i}$ — номер зоны дезинтеграции, отсчитываемый от контура выработки, ${\displaystyle r_{0}}$ — радиус выработки, ${\displaystyle t_{i}}$ — время образования ${\displaystyle r_{i}}$ зоны дезинтеграции.

С целью раскрытия природы явления зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок и физического обоснования параметров Курлени-Опарина разработана гипотеза на основе закономерностей кластеризации вещества на наноуровне^{[54][55][56][57][58][59][60][61][62][63][64][65][66]}.

См. также

• Опарин Виктор Николаевич
• Курленя Михаил Владимирович
• Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН