Геомеханика — это наука о деформациях горных пород, движениях в них жидкости и газа и силах, вызывающих эти деформации и движения. Она устанавливает законы формирования напряженно-деформированного состояния и разрушения горных пород, развития в них деформационных процессов, движения жидкостей и газов в горных массивах, образования блочных и складчатых структур, сохранения устойчивости горных выработок, откосов горных сооружений и земной поверхности.
При ведении горных работ нарушается первоначальное состояние породного массива. Вокруг горных выработок изменяются напряжения и наблюдаются деформации, возникают зоны повышенных и пониженных напряжений, упругих или пластических деформаций, постепенных или мгновенных разрушений. Деформации и нарушения подрабатываемого массива пород могут быть причиной сдвижений и обрушений земной поверхности. В результате воздействия горных работ массив претерпевает значительные механические и физические изменения. Из сплошной упругой среды горные породы могут стать похожими на дискретную (сыпучую) массу.
Массив горных пород в процессе осуществления горных работ представляет собой ту окружающую среду, от состояния которой зависят безопасность работающих, эффективность разработки месторождений и полнота извлечения полезных ископаемых. Состояние массива в этот период определяется совокупным влиянием физикомеханических свойств горных пород, геологических и горнотехнических факторов.Из геологических факторов, оказывающих наибольшее влияния на состояние массива при разработке месторождения, необходимо отметить условия образования, состав и строение слагающих его пород, наличие геологических нарушений. Из физико–механических характеристик – плотностные, прочностные и деформационные свойства, распределение гравитационных и тектонических напряжений, изменение температурных полей, газоносность и водообильность пород.
Горнотехнические факторы, влияющие на состояние массива пород, формируются в результате выполнения технологических процессов, связанных со вскрытием, подготовкой месторождения и особенно с очистной выемкой.
Для научно обоснованного выбора способов и параметров разработки полезных ископаемых необходима совокупность знаний о естественном состоянии массива, о характере, закономерностях, количественных показателях и размерах областей, где возникают деформации, разрушения, сдвижения и обрушения, происходящие в массиве при проведении в нем горных выработок.
Научная дисциплина, предметом которой является комплексное изучение указанных состояний и процессов и установление их количественных показателей и зависимостей от влияющих факторов для расчета и выбора рационального расположения выработок в массиве и необходимых способов и средств их охраны и крепления, а также защиты охраняемых сооружений и природных объектов при разработке полезных ископаемых и строительстве в массиве инженерных сооружений, именуется геомеханикой.
В связи с интенсификацией производства непрерывно увеличивается глубина ведения горных работ. На рудниках Индии и Южной Африки глубина работ превысила 3200-3500 м. В ряде стран СНГ работы ведутся на глубине свыше 1000-1500 м.
С углублением горных работ существенно возрастают вредные проявления горного давления и другие опасности в подземных выработках.
Поэтому основными задачами геомеханики являются изучение геоме-ханических процессов, происходящих в геологической среде под влиянием гор¬ных работ, и создание методов оценки, прогноза и контроля состояния толщи пород и поверхности земли в различные периоды преобразования недр. А ее цель — познание законов согласования горных объектов с природными телами земных недр при изменяющемся поведении тел в процессе комплексного освоения и сохранения недр.
Под геомеханическим обеспечением такого согласования понимается обоснование и выбор систем и порядка ведения горных работ, взаимного поло¬жения выработок, способов управления горным давлением, скорости подвигания забоев и других параметров технологических процессов, при которых де¬формации в толще горных пород и на земной поверхности будут находиться в заданных пределах.
В связи с тем, что дисциплина «Геомеханика» впервые введена в учебные планы и изучается с 1996/97 учебного года, ее нельзя считать окончательно сложившейся и по ней пока нет достаточно полно охватывающего программу учебника.
В результате изучения дисциплины студент должен знать общие закономерности формирования напряженно–деформированного состояния, деформирования и разрушения породного массива при ведении горных работ, основные методы определения механических свойств пород, оценки механического состояния породного массива и управления этим состоянием.
Студент должен уметь оценивать напряженно–деформированное состояние пород, вмещающих горнотехнические объекты, прогнозировать устойчивость горных выработок, научно обосновывать методы и способы управления горным давлением, предотвращения газодинамических процессов и прорывов текучих масс.
При написании учебного пособия авторами использован опыт преподавания дисциплины в Дальневосточном государственном техническом университете, обобщены результаты работ, выполненных как сотрудниками академических и отраслевых научно–исследовательских институтов, ведущих вузов в различных горнодобывающих районах стран СНГ, так и в течение нескольких десятилетий под руководством и при непосредственном участии авторов на шахтах и рудниках Дальневосточного экономического района. Использованы также результаты работ специалистов Дальнего зарубежья.