Натурные наблюдения и измерения играют первоочередную роль в горной науке. Такое положение не случайно. Действительно, при изучении процессов горных работ, как ни в одной другой отрасли, велико многообразие влияющих факторов. Оно обусловлено как большим разнообразием и изменчивостью горно-геологических условий, так и вариациями режимов ведения и параметров горных работ. Кроме того, горные работы непрерывно развиваются, а фронт их перемещается в пространстве. Поэтому, хотя шахтные экспериментальные исследования трудоемки и сложны, без них невозможно выявить основные определяющие факторы изучаемых процессов и правильно поставить задачи для аналитических исследований и лабораторного моделирования.
Основное достоинство экспериментально-производственных исследований состоит в том, что они отражают реальные условия, позволяют выявить совокупное действие суммы влияющих факторов и вместе с тем дают возможность оценить преобладающие факторы.
К настоящему времени для решения задач горного производства разработано и переменяется на практике большое количество экспериментально-производственных методов. К нимотносится метод технико-экономического анализа, суть которого заключается в сборе на предприятиях статистических сведений, и в последующей их обработке с целью установления количественных зависимостей. По исходным данным строят кривые, для которых подбирают эмпирические уравнения. Если же по интересующему вопросу статистических данных нет, то исходные материалы могут быть получены в результате специально поставленных наблюдений.
Значительный объем экспериментально-производственных исследований приходится на долю изучения проявлений горного давления в зависимости от горно-геологических условий и при различных ситуациях. Выбор способов и средств управления горным давлением базируется на установлении объективных количественных и качественных его проявлений.
По видам решаемых задач методы исследования проявлений горного давления можно подразделить на четыре группы:
– определение физико-механических свойств и структурных характеристик пород в массиве;
– определение смещений и параметров сдвижения горных пород;
– исследование напряженного состояния горных пород и его изменений;
– изучение взаимодействия пород с крепью и давления разрушенных пород.
Каждое из исследований требует применения особых методов и специальной аппаратуры. Поэтому при постановке шахтных исследований одним из наиболее важных вопросов является установление области целесообразного применения различных методов и измерительной аппаратуры, обеспечивающих получение надежных показателей проявлений горного давления. В связи с этим при постановке и проведении шахтных исследований проявлений горного давления наряду с выбором метода измерений и прибора, обязательно должны быть решены вопросы представительности и достоверности полученных результатов для изучаемого явления с учетом поставленных целей и задач исследований.
Выполнение указанных требований накладывает определенную специфику на методику шахтных исследований, где должен освещаться целый комплекс специфических вопросов:
– выбор объекта исследований и места установки измерительной аппаратуры на объекте;
– полнота отражения горнотехнических и горно-геологических условий на объекте;
– соответствие принятых методов и приборов поставленной задаче, надежности, диапазону величин и точности измерений;
– обеспечение достоверных показателей проявлений горного давления;
– проведение достаточного объема измерений по числу установленных приборов, началу, частоте и длительности измерений;
– корректность обработки и анализа результатов измерений.
При анализе результатов шахтных измерений необходимо иметь в виду, что даже при соблюдении всех поставленных требований к выбору и установке приборов результаты измерений на различных приборах не будут одинаковыми. Неполное соответствие измеряемых величин показателям проявлений горного давления также определяется трудностью выполнения заведомо достаточного объема измерений на объекте.
В соответствии с изложенным, при обработке результатов во всех случаях должны быть установлены точность измерений и пределы, в которых находятся истинные значения измерений, для чего следует использовать методы математической статистики.
Рассмотрим основные виды исследований, проводимых в шахтных условиях.
Определение свойств пород в местах их естественного залегания. В связи с проявлением масштабного эффекта определение свойств пород массиве имеет особое значение. Иногда, при высокой степени нарушенности пород, масштабный эффект столь значителен, что деформационные и прочностные показатели пород в массиве снижаются более чем на порядок.
Наибольшее распространение получили геофизические методы исследования массива горных пород. Они основаны на существовании объективной связи между геологическими факторами и геофизическими параметрами, измеряемыми непосредственно в массиве. Информационные возможности геофизических методов зависят от надежности используемых связей и степени дифференциации пород по изучаемым параметрам. Благодаря наличию корреляционных связей между геофизическими параметрами, свойствами и состоянием горных пород, эти методы находят применения при изучении физических (плотностных) и механических (прочностных и деформационных) свойств, оценке структурных характеристик и напряженно-деформированного состояния массива горных пород.
Для изучения физических свойств, вещественного состава и состояния горных пород используют методы измерения естественной и искусственной радиоактивности. Исследования, основанные на измерении естественной радиоактивности пород, относят к радиометрическим, а базирующиеся на изучении явлений, возникающих при искусственном облучении пород, получили название ядерно-физических. Практическое значение получило облучение горных пород γ- лучами и нейтронами.
Плотность пород в массиве с достаточной степенью точности можно определить с помощью гамма-метода, основанного на эффекте различной степени поглощения и рассеяния радиоактивного гамма-изучения в средах с различной плотностью. Сущность метода состоит в том, что в изучаемом участке массива пород будят на расстоянии 20-70 см друг от друга параллельные шпуры (рис. 5.11). В одном из них помещают источник гамма-излучения, а в другом регистрирующий зонд с детектором. Перемещая зонды с источником и детектором вдоль шпуров, фиксируют интенсивность излучения, а по тарировочным графикам устанавливают плотность пород на исследуемых участках.
Методы изучения механических свойств горных пород в натуре очень разнообразны, и их можно объединить в следующие группы:
– испытания участков массива на обнажениях горных выработок с использованием механических средств нагружении по аналогии с испытаниями пород на образцах;
– испытания в опытных камерах и с использованием опытных горных работ, включая эксплуатационную оценку физико-технических свойств пород;
– косвенную оценку прочностных и деформационных свойств на обнажениях пород при использовании сосредоточенной нагрузки (пробные приборы);
– косвенную оценку прочностных и деформационных свойств пород при использовании физических полей (неразрушающие методы).
Среди методов локальных испытаний распространение получили: механические испытания керна без отрыва от забоя шпура (скважины); вдавливание штампа в стенки скважины для изучения деформационных свойств пород; прессиометрия, т.е. нагружение стенок скважины на участке ограниченной длины для изучения деформационных свойств и прочности породы на разрыв.
Испытания горных пород на относительно больших объемах производят следующими методами:
– на породных призмах, образованных в массиве;
– на породных балках;
– путем вдавливания штампа больших размеров в породное обнажение;
– путем отрыва части массива от плоского обнажения при выдергивании штанги, закрепленной в массиве.
Проводимые в массиве испытания в основном имитируют условия экспериментов на образцах горных пород, при этом главным требованием является обеспечение необходимого вида напряженного состояния во время испытаний и характера разрушения горных пород. Схемы возможных испытаний на призмах, выделенных из массива, приведены на рис. 5.12.
При грубой оценке механических свойств горных пород нашли применение методы, основанные на свойстве пород оказывать сопротивление проникновению испытательного инструмента (индентора, зонда, резца и пр.). Особенностью таких испытаний является экспрессная оценка свойств пород.
По способу взаимодействия испытательного инструмента с массивом пробные приборы делят на: статические, динамического вдавливания и бурения (резания). Они состоят из индентора (штампа), непосредственно вдавливаемого в массив, устройства для создания и передачи нагрузки на индентор, измерительных устройств. Из прочностных показателей горных пород, определяемых с помощью пробных приборов, наибольшее распространение получили контактная прочность, статическая и динамическая твердость, удельное сопротивление вдавливанию, буримость, сопротивляемость резанию, по которым с использованием корреляционных зависимостей устанавливается коэффициент крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова, предел прочности на сжатие и пр.
Физические методы косвенного исследования прочностных и деформационных свойств пород подразделяются в зависимости от изучаемого в данной точке массива параметра. На измерении удельного электрического сопротивления, диэлектрической и магнитной проницаемости основаны электрические, магнитные и радиоволновые методы. На оценке акустических свойств горных пород (скоростей распространения продольной и поперечной волн, коэффициентов затухания этих волн) основаны геоакустические методы. На определении тепловых параметров (теплопроводности, теплоемкости и пр.) основаны теплофизические методы.
В зависимости от задач исследования используют различные варианты каждого из геофизических методов, отличающихся масштабом охватываемого измерением объема среды, детальностью изучения свойств и процессов, оперативностью получения информации. Кроме того, геофизические методы отличаются и методически в зависимости от размещения точки измерения (на дневной поверхности, в скважине, на поверхности выработки и т.д.). По точности измерения, надежности результатов и простоте геофизические методы способны конкурировать с лабораторными. Их достоинством является возможность неограниченного повторения испытаний, гарантирующая достоверность показателей, быстрота проведения эксперимента и получения результата. Геофизические методы исследования дают возможность определять комплекс свойств на одном и том же участке, вести непрерывный контроль состояния выработок и изучать кинетику деформационных процессов в производственных условиях.
В практике полевых испытаний (и лабораторных тоже) широко используется наличие прямой связи между упругими параметрами пород и скоростями распространения акустических волн, что позволяет неразрушающим способом определить деформационные характеристики пород. Акустические свойства имеют корреляционную связь с пределами прочности, плотностью, буримостью, взрываемостью и пр. Например, при ультразвуковом методе исследования в массив (или в образце) периодически посылаются упругие импульсы (рис. 5.13). Они принимаются и преобразуются в электрический сигнал, а затем усиливаются и регистрируются, в результате этого определяется время распространения и амплитуда сигналов. Затем по известному расстоянию между излучателем и приемником и измеренному времени устанавливаются скорости распространения упругих волн в породах.
Исследование напряженного состояния массива горных пород. Натурные измерения напряженного состояния горных пород преимущественно ведутся с использованием выработок и скважин. При образовании выработки процесс деформирования пород проявляется в виде смещений породных обнажений, поэтому большинство методов определения напряжений основано на регистрации деформаций пород. Среди деформационных методов исследований напряженного состояния пород практическое значение получили методы разгрузки, возмущений и разности давлений.
В глубине массива изменения напряженного состояния пород проявляются через изменения их физических свойств. К физическим методам изучения напряженного состояния относятся методы, основанные на активном использовании физических полей (акустический, электрометрический, радиометрический, тепловой), а также методы, основанные на регистрации изменений естественного поля напряжений или возникшего в результате перераспределения напряжений нового поля (электрический, магнитный, радиоактивный, тепловой, сейсмоакустический, сейсмоэлектрический, пьезоэлектрический, магнитосейсмический).
Для оценки состояния породного массива путем реконструкции палеотектонических полей напряжений используются геологические методы, заключающиеся в определении пространственного положения главных осей напряжений по системам трещин скалывания, положению трещин отрыва, формам складок и другим структурным элементам.
Существенную информацию о напряженном состоянии массива горных пород и величине наибольшего сжимающего напряжения дает анализ состояния керна из скважин (шпуров), так как характер разрушения керна связан с направлением и величиной напряжений, действующих в массиве.
Прямым методом определения напряженного состояния породного массива является испытание скважины на разрыв (рис. 5.14), основанное на разрушении пород в пределах локального измерительного участка под действием приложенного к стенке скважины давления, превышающего сопротивление пород трещинообразованию в условиях естественного залегания. Локальный разрыв скважины в заданной точке массива может быть осуществлен двумя способами: путем нагнетания жидкости в герметизированный участок скважины и с помощью гидравлического датчика.
Метод разгрузки массива основан на измерении деформаций при искусственном снятии напряжений на определенном участке обнаженной поверхности выработки путем создания щелей (врубов). При разгрузке происходит упругое восстановление формы и размеров элемента массива, и реализуются деформации восстановления, которые фиксируются заранее установленными тензометрическими приборами. Различают следующие варианты метода: полной и частичной разгрузки, и компенсационной нагрузки.
При образовании в породном массиве какой-либо полости происходит пространственное перераспределение напряжений, приводящее к деформированию пород под действием нового поля. Эта реакция возмущения проявляется в виде деформаций, смещений, прироста напряжений. В качестве источника возмущений могут служить опережающий шпур, скважина, щель и другие выработки.
С помощью буровых скважин оценка напряжений в массиве производится по контурным деформациям, происходящим в результате ползучести пород. Степень деформирования и характер деформации стенки скважины зависят от коэффициента бокового распора. Измеряя изменение деформаций во времени, расчетным путем определяют напряжения, явившиеся причиной процесса деформирования. В другом варианте метод возмущений реализуют на малых базах путем выбуривания параллельных скважин. В измерительной скважине малого диаметра располагают деформометр и снимают начальные показания. После этого бурят возмущающую скважину большого диаметра и снимают конечные показания. По разности показаний по каждому направлению определяются соответствующие смещения контура измерительной скважины.
Другой вариант метода заключается в регистрации изменений напряжений под влиянием щели, скважины или очистной выработки. Он основан на измерении давления жидкости в датчике, установленном в измерительной скважине и нагруженном предварительным давлением. Данный вариант получил название метода разности давлений.
Изучение состояния пород вокруг выработки. Производственные исследования геомеханических процессов включают оценку состояния массива с использованием результатов каротажа разведочных скважин, визуальное обследование состояния и условий поддержания горных выработок и наблюдения за внешними признаками проявлений горного давления, инструментальные измерения в массиве с помощью отдельных приборов и специально оснащенных измерительных станций. На основе результатов исследований устанавливаются эмпирические зависимости напряженно-деформированного состояния массива от его свойств и горнотехнических факторов.
Оценка устойчивости массива при проектировании выработок производится по данным геологической разведки месторождений полезных ископаемых с использованием результатов прочностных и деформационных испытаний кернов или каротажа разведочных скважин, который дает возможность изучать состояние пород в пределах всей обуриваемой толщи массива, включая и ослабленные зоны. В основу каротажного прогноза положена корреляционная связь между определяемыми физическими свойствами пород (или состоянием скважины), отражаемыми на каротажных диаграммах, и признаками, характеризующими устойчивость и расслоение пород.
Применение при прогнозе состояния массива получили акустический, электрометрический и кавернометрический методы. Каротаж позволяет получить данные о породах, вмещающих угольный пласт, мощности отдельных слоев, структурных особенностях и степени однородности толщи. Эти данные совместно с характеристиками пород, которые получают по кернам, позволяют определить основные свойства пород по их минералогическому составу и структурно-текстурным особенностям. Однако достоверность такого прогноза ввиду ограниченности объема породных проб и большого расстояния между разведочными скважинами невысока.
Начальную информацию о состоянии выработок получают при визуальном осмотре обнажений. Такие наблюдения предшествуют инструментальным измерениями и позволяют выявлять начальные признаки разрушения горных пород в выработках, фиксировать места локальных разрушений, определять ориентировку сил горного давления и давать приближенную оценку напряженного состояния массива пород для прогноза устойчивости выработок.
Особую ценность для суждения о состоянии породного массива вокруг выработок имеют показатели трещиноватости, среди которых можно выделить:
– частоту трещиноватости, которая характеризуется числом трещин, приходящихся на один метр породного обнажения, и дает возможность оценить коэффициент структурного ослабления массива;
– блочность, которая определяет степень расчленения трещинами массива на отдельные блоки и оценивается числом блоков (кусков) в 1м3 объема массива;
– коэффициент трещинной пустотности, представляющий собой отношение суммарного раскрытия трещин к длине участка измерения (линейный коэффициент), площади трещины к площади породы (площадной коэффициент), объема пустот и объему породы (объемный коэффициент).
Материалы по изучению трещиноватости на породных обнажениях (месторасположение участка, ориентировка поверхности или направление выработки, магнитное склонение и др.) заносят в журнал. При исследованиях, кроме того, регистрируют элементы залегания трещин (азимут и угол падения), геометрические показатели (протяженность, раскрытие, форма), заполнитель (состав и состояние), характер поверхности трещин, угол скольжения и т.д. Для этого используют горный компас, рулетку, линейки, набор щупов, фотоаппарат и другие принадлежности.
При изучении состояния пород вокруг выработки выполняют следующие исследования:
– определение расстояний от контура выработки до границ зоны нарушенных пород (или зоны повышенных напряжений) в различных направлениях для каждого напряженно-деформированного состояния породного массива;
– установление характера и степени развития трещиноватости в зоне неупругих деформаций;
– изучение количественных характеристик напряженно-деформированного состояния массива горных пород.
Одним из основных методов изучения состояния массива горных пород вблизи выработок является скважинный, реализуемый различными способами:
– визуальный осмотр стенок скважины (шпура) по всей ее длине с помощью оптических приборов, позволяющих наблюдать и фотографировать трещины и расслоения;
– анализ прочностных свойств и числа отдельностей кернов, выбуриваемых с различной глубины из забоя и боков выработки, которые используются также для прогноза выбросоопасности горных пород;
– измерение скорости фильтрации воздуха (воды) при нагнетании в массив через скважины (шпуры) различной длины;
– интроскопию массива геофизическими методами с использованием ультразвуковых, электрических, электромагнитных и радиоактивных излучений.
Разностороннюю и надежную информацию о состоянии массива вблизи выработок позволяет получить акустический метод, с его помощью определяют зону нарушенных пород и характер распределения трещиноватости от контура в глубь массива, напряженное состояние пород, упругие и прочностные свойства, анизотропию и неоднородность массива. При изучении состояния массива с помощью ультразвука используются методики каротажа и прозвучивания. Вокруг выработки бурят несколько шпуров (скважин) и перемещают по их длине с интервалом 0,2-0,3м датчики, получая детальную информацию о массиве (рис. 5.15). При этом о состоянии массива судят как по абсолютным значениям, так и по относительному изменению акустических характеристик прошедшего через массив упругого импульса. Минимальные значения скоростей распространения волн наблюдаются в зоне неупругих деформаций, а повышенные значения характерны для зоны опорного давления.
Для регистрации перемещений пород во времени применяют чаще всего реперные устройства, которые устанавливают на различной глубине в шпурах (скважинах), пробуренных вокруг выработки.
Различают контурные репера и глубинные, которые подразделяются по следующим признакам: по способам передачи и регистрации данных о деформировании и перемещении точек в породном массиве; по способам закрепления реперных устройств в скважине; по числу одновременно работающих реперов; по возможностям измерения относительных и абсолютных перемещений.
Наибольшее распространение получили реперы механического типа. При их использовании из выработки бурят серию шпуров (скважин), в каждый из которых устанавливают комплект реперов, состоящий из опорного репера, закрепляемого в забое шпура, и контурного репера, по которому регистрируют перемещения контура выработки. Проволоки (стрежни) от отдельных реперов проходят через все реперы, расположенные ближе к устью шпура. Пример установки реперов в шпуре (скважине) и результаты замеров смещений пород приведены на рис. 5.16.
Непосредственным признаком проявлений горного давления являются смещения поверхности выработки. Для измерения относительного смещения боковых пород в очистных и подготовительных выработках применяют контурные реперы, измерительные универсальные стойки, нивелиры, оптические измерительные устройства.
Контурные реперы представляют собой металлические штыри, устанавливаемые в шпуры, пробуренные в кровлю, почву и бока выработки на глубину 0,3-0,5м. Закрепление реперов производится цементированием или с помощью деревянных пробок. На конце реперов для фиксации рулетки или измерительных стоек делаются крючки и отверстия. Измерительные стойки состоят из двух труб, одна из которых перемещается относительно другой. Между верхними и нижними трубами устанавливается регистрирующее измерительное устройство (самописец, индикатор часового типа или индуктивный датчик).
Разрушение горных пород под действием горного давления связано с образованием микро- и макротрещин, которое сопровождается излучением акустических, электромагнитных и тепловых импульсов. Методы, которые используют это явление, носят название эмиссионных. Наибольше распространение на практике получил метод акустической эмиссии. Применение метода акустической эмиссии в исследованиях позволяет фиксировать в пространстве и во времени процесс деформирования и разрушения пород, устанавливать их предельные механические характеристики, определять степень усталости при многоцикловых нагрузках, оценивать выробросоопасноть массива и пр.
Измерение сдвижений земной поверхности и толщи горных пород. Изучение характера и измерение параметров сдвижения земной поверхности и толщи горных пород ведут с помощью наблюдательных станций, состоящих из системы реперов, закладываемых в грунт на земной поверхности, подрабатываемые здания и сооружения, породное обнажение горных выработок, специальные скважины, пробуренные в пределах предполагаемой области сдвижения. По мере развития горных работ по реперам ведут систематические наблюдения посредством нивелирования и измерения горизонтальных расстояний между ними с привязкой к опорным реперам, располагаемым за пределами области сдвижений.
Реперы наземных наблюдательных станций располагают в створах профильных линий с таким расчетом, чтобы обеспечить получение необходимых данных о границах области сдвижения и параметрах процесса сдвижения земной поверхности.
Для детального изучения механизма процесса сдвижения породного массива необходимо сочетать наблюдения за сдвижением земной поверхности с наблюдениями за сдвижением пород вокруг очистной выработки и деформированием толщи горных пород.
Скважины для наблюдений бурят с земной поверхности и горных выработок. В скважинах размещают и закрепляют в выбранных точках глубинные реперы, которые представляют собой металлические патрубки или деревянные клинья, закрепляемые посредством расклинивания или цементирования. От репера по скважине на поверхность или в выработку выводится тросик, по которому следят за перемещением репера относительно устья. Так как само устье скважины тоже смещается, то ведут также измерения смещений устья, привязывая их к реперам, расположенным вне пределов области сдвижения. Одним из вариантов наблюдений является применение радиоактивных реперов, представляющих собой стальные контейнеры, в которые помещено радиоактивное вещество. Использование радиоактивных реперов позволяет разместить в одной скважине достаточно большое их количество.
Изучение взаимодействия пород с крепью. Исследования взаимодействия крепи с массивом производятся с целью получения данных для объективной оценки работы крепи в конкретных горно-геологических условиях и изучения влияния различных факторов на работу крепи в течение всего срока выработки службы. Они базируются на установлении значения и характера распределения нагрузки на крепь с целью уточнения расчетных схем при определении прочных размеров элементов крепи.
Наиболее полная информация о взаимодействии крепи с массивом может быть получена при комплексных натурных исследованиях распределения нагрузки на крепь по контуру выработки, характера деформирования пород вокруг выработки и напряженного состояния породного массива в зоне влияния выработки. При проведении комплексных исследований используют измерительные станции, включающих комплекс устройств и приборов для измерения соответствующих параметров. Для непосредственного определения нагрузок на крепь используют динамометры, динамометрические площадки и динамометрические крепи.
Различают три схемы размещения динамометрической аппаратуры:
– с установкой динамометра между крепью и породой;
– с введением измерительного прибора в конструкцию крепи;
– с использованием в качестве измерительного прибора элементов самой крепи.
По первой схеме нагрузки на крепь определяют во времени по всему контуру выработки; по второй – усилия, действующие по осям сопрягающихся с динамометрами элементов крепи; по-третьей – деформации предварительно протарированных элементов крепи. Недостатком первой схемы является невозможность оценки косонаправленных нагрузок; второй – трудности с перерасчетом зарегистрированных усилий в радиальные нагрузки на крепь; третьей – погрешности вычислений, связанные с тем, что тарировочные зависимости часто не отражают реальные условия работы крепи.
Первая схема размещения измерительной аппаратуры является основной, а вторая и третья – вспомогательными, они используются для оценок нагрузок на стоечные крепи. Изучение нагрузок на набрызг-бетонную крепь основывается на измерении напряжений в бетоне.
Динамометры, используемые для исследования взаимодействия крепи и пород, различаются по принципу действия чувствительного элемента, предельным измеряемым нагрузкам, разрешающей способности и габаритам. Основными составными частями динамометра являются чувствительный элемент, корпус, элемент для передачи давления и индикатор. В зависимости от используемого чувствительного элемента различают механические, гидравлические, электрические, магнитоупругие и фотоупругие динамометры.
При исследовании работы анкерной крепи используют измерительные приборы для определения нагрузки (анкерные динамометры) и несущей способности крепи (анкерные выдергиватели). Анкерные динамометры измеряют упругие деформации тарельчатых пружин под действием нагрузки на анкер. Их устанавливают на конце анкеров при помощи натяжной гайки.
Анкерные выдергиватели бывают гидравлические (усилие 150-250 кН) и механические (80-150кН). Гидравлический выдергиватель состоит из насоса, цилиндров, поршня и рычага, при помощи которого осуществляются возвратно-поступательное движение плунжера насоса. При этом регистрируется или деформация штанги, или ее скольжение по шпуру.
Основу измерительных станций, устанавливаемых сразу после проведения выработки, составляют динамометрические крепи. Один из типов динамометрической крепи ИГД им. А.А. Скочинского, используемой в горизонтальных выработках, закрепленных сборной рамной железобетонной крепью арочной формы, показан на рисунке 5.17. Крепь состоит из комплекта несущих траверс или колец 1, элементов крепи 2, динамометров 3 и железобетонных затяжек 4.
Преимущество динамометрической крепи состоит в том, что она 
позволяет регистрировать нагрузки, их изменения и распределение на протяжении всего участка выработки. Однако динамометрическая крепь по сравнению с одиночными динамометрами значительно дороже, ее установка трудоемка, а регистрируемое давление на крепь не соответствует действительности, так как сопротивление системы крепь-динамометр отличается от реакции сопротивления одной крепи.
Косвенные методы определения нагрузки на крепь основаны на измерении напряжений и деформаций в ее элементах. Для их измерения используют специальные приспособления (проволочные датчики, струнные, магнитоупругие и фотоупругие тензометры) или нагрузки на крепь оценивают по деформациям элементов крепи (например, изменению радиуса закругления верхняка).
Использование фотоупругих датчиков для определения нагрузки на перекрытие механизированной крепи демонстрируется на рис. 5.18. Датчики наклеиваются на элементы крепи до момента ее монтажа в лаве. Напряжения измеряют с помощью шахтных полярископов после стабилизации работы крепи.
Рассмотренными задачами не ограничиваются шахтные исследования. В производственных условиях изучают также:
– состав и качество полезных ископаемых;
– вопросы контроля и прогноза динамических явлений при ведении горных работ;
– вопросы технологического контроля и оценки качества скрытых работ в массиве горных пород;
– рабочие параметры горных машин и механизмов, взаимодействие их с породами, вопросы диагностики технического состояния горных машин и механизмов;
– законы движения подземных вод, газов, рудничного воздуха, запыленность и загазованность рудничной атмосферы;
– вопросы пожароопасности, техники безопасности, влияние производственной среды на здоровье и производительность труда;
– энергоемкость технологических процессов, энергопотребления и энергоснабжение горных машин, участков шахты;
– разрушение пород взрывом и другими способами;
– способы и параметры обогащения полезных ископаемых и другие вопросы.
Это естественно не полный перечень вопросов, решаемых с помощью экспериментально-производственных исследований. Сложность и многофакторность реальных явлений и процессов, взаимное влияние факторов на конечный результат в большинстве случаев вызывают необходимость комплексного изучения указанных вопросов, что предопределяет объективность и достоверность научных выводов.
ЛЕКЦИЯ 14