8.2. О существующих подходах к прогнозированию обрушения пород кровли
При разработке подходов к прогнозированию обрушения пород кровли исходят из следующих моментов:
- Обрушение пород кровли происходит с большим выделением энергии, и следовательно, осуществлять прогноз этого явления следует путем регистрации количества энергии, запасенной в породном массиве;
- Накоплению энергии в породном массиве соответствует увеличение его напряженного состояния. И следовательно, осуществлять прогноз обрушения пород кровли следует с помощью измерений напряженного состояния пород кровли;
- Одним из факторов устойчивости кровли является величина мощности (толщины) непосредственной кровли. Чем меньше мощность непосредственной кровли, тем менее устойчива кровля.
Эти три пункта являются непременным и основополагающим атрибутом всех научных и диссертационных работ по данной тематике за последние лет 50. Но к сожалению, ни один из них не имеет никакого физического смысла, поскольку не подлежит экспериментальному определению (измерению) и изучению.
Энергия - вполне конкретная физическая субстанция, и ее определение базируется на глубоко разработанных метрологических принципах. Будь то механическая энергия, измеряемая в Джоулях, или энергия элементарных частиц, измеряемая в электронвольтах. Однако применить эти понятия ни к какой-либо среде вообще, ни к горным породам в частности, невозможно. Ведь как известно, измерить энергию нельзя: ее можно только вычислить на основе ряда измерений. Так, электрическую энергию вычисляют путем перемножения электрической мощности на время ее выделения (или потребления), а электрическую мощность, в свою очередь - перемножением тока на напряжение. При определении механической энергии (работы) перемножают прикладываемую силу на тот путь, который проделывает объект в результате приложения этой силы. Может быть, мне кто-нибудь объяснит, что представляет собой эта пресловутая энергия, запасенная в толще горных пород?... Эта энергия сродни энергетическим рассуждениям экстрасенсов. То есть понятие, заменяющее сущность.
Напряженное состояние или, иначе, механическое напряжение есть, по сути, давление в векторном виде. Эта субстанция не измеряется непосредственно, так как не существует соответствующего датчика. Вычисление же механического напряжения возможно только для сред, подчиняющихся закону Гука, и делается это путем пересчета величины смещения.
Здесь логика налицо: чем больше напряжение, тем больше должно быть сжатие. И, стало быть, по увеличению показаний тензодатчиков можно судить об увеличении механического напряжения. Однако если при нагружении объекта изменения его размеров происходят за счет трещинообразования, то та же зависимость приобретает обратный характер. В самом деле, ведь образование каждой трещины (пусть и микротрещины) приводит к сбросу давления. Таким образом, для сред, в которых под воздействием нагружения развивается нарушенность, пересчет деформаций в механическое напряжение некорректен. Увы, горные породы, в отличие от металлов, как раз и являются средами, которые не подчиняются закону Гука. С увеличением нагружения на образцы горных пород, в них растет не давление, а трещинообразование.
И, наконец, о непосредственной кровле. По существующим представлениям, непосредственная кровля - это такая породная толща, которая обрушивается в первую очередь. Это нижний, однородный по составу породный слой, который отделяется от вышележащих пород (называемых основной кровлей) некоей поверхностью расслоения. Все это построение от начала и до конца абсолютно умозрительно. Оно не имеет ни малейшего отношения к действительности, и годится разве что для наукообразных трактатов. А главное, что экспериментальному определению мощность непосредственной кровли не подлежит18.
Общую картину положения дел с прогнозированием устойчивости кровли довершает подход к самому понятию устойчивости. Согласно общепринятым положениям, разделение кровли по величине ее устойчивости представляет собой три градации: кровля устойчивая, неустойчивая и средней устойчивости. Различаются они по времени, в течение которого может простоять без обрушения обнаженная кровля нормированной площади. Значения временных интервалов варьируются в довольно широких пределах. Скажем, неустойчивая кровля стоит без обрушения меньше 2 часов, средней устойчивости - от 2 до 4 часов, и устойчивая - больше 4 часов. Но здесь неизбежно возникают вопросы - во-первых, даже если допустить, что для какого-то участка кровли мы и определили конкретный временной интервал, то насколько правомерно обобщать это значение на другие участки кровли? То есть, получается, что при таком подходе устойчивость следует воспринимать как констатационный, а не как прогностический параметр.
И во-вторых, как реально осуществить выяснение, сколько простоит кровля? Тот, кто имеет представление о подземном производстве, понимает, что оставить без закрепления участок кровли для выяснения ее устойчивости - это абсолютный нонсенс. Любое обрушение пород - это весьма дорогостоящее происшествие, и специально его никто не допустит.
18 Существуют утверждения, что для каждого региона существует свое значение мощности непосредственной кровли, и даже называются цифры. Например, для Караганды - 3,5м, для Кузбасса - 2м и т.п.
