При проходке глубоких скважин в толще мощных ледовых отложений значительные затруднения возникают при поддержании открытого ствола скважины в силу проявления специфических вязкопластичных свойств льда. В настоящее время существуют многие способы борьбы с заплыванием полости скважины при бурении во льдах. Наиболее эффективным и надежным является заполнение скважин незамерзающими заливочными жидкостями, так как температура стенок скважины в ледовых отложениях достаточно низкая: например, температура льда на станции Восток (Антарктида) имеет значение до минус 55-57 °С на глубине 20-50 м, а на глубине 3500 м и более - минус 5-10 °С. Заливочные жидкости, как правило, формируются на основе экологически чистых гликолевых смесей и имеют плотность 0,95-0,96 г/см 3 . Успешность проведения скважин в таких условиях зависит от правильного определения необходимой высоты заполнения скважины заливочной жидкостью во избежание появления упругих деформаций и ползучести льда, способствующих заплыванию контура ствола скважины и прекращению спуска бурового снаряда по ранее пробуренной ее части. С учетом равновесия между боковым напряжением и давлением столба заливочной жидкости, а также максимальной деформации в поперечном направлении была получена зависимость для высоты столба заливочной жидкости. Методика проверена при бурении глубокой скважины (общая глубина более 3620 м) на станции Восток (Антарктида).
Модель течения вязкой жидкости для оценки напряженно-деформированного состояния калийной соли, находящейся в объемном напряженном состоянии при достаточно высоком уровне действующих напряжений, позволяет описать поведение соляных массивов, в частности процесс затекания (конвергенции контура) выработки в толще массива с течением времени. Изложенное решение справедливо только для малых по сравнению с толщиной слоя пород смещений. Кроме того, предполагается, что толщина слоя много меньше его поперечных размеров. В этом случае выбранный вид функции тока дает удовлетворительное совпадение с экспериментатьными данными. Предложенная методика может быть использована для натуральных измерений коэффициента Пуассона ц на достаточно тонких слоях калийной соли, находящихся в объемном напряженном состоянии, при осевой нагрузке более 60 МПа или на целиках с отношением диаметра к высоте более 5. В данном случае поведение калийной соли достаточно хорошо соответствует модели вязкой жидкости.
Натурные наблюдения показывают, что распределение напряжений вокруг горных выработок является неравномерным как в поперечном, так и в продольном направлениях. Для учета такого распределения напряжений рассматривается взаимодействие крепи выработки с окружающим ее массивом горных пород. Крепь рассматривается как упругая длинная замкнутая цилиндрическая оболочка. На крепь действует нагрузка, изменяющаяся неравномерно как вдоль оболочки, так и в поперечном направлении: р = р(х,0), где х - расстояние по образующей, выраженное в долях радиуса; 9- центрапьный угол, выраженный в радианах. Тогда можно рассмотреть два случая: крепь находится под действием осесимметричной радиальной нагрузки, зависящей только от одной переменной х, на крепь действует нагрузка, зависящая только от угла 9 Решение задачи для нагрузки вида Р = р(х, 9) получается суммированием этих двух решений. Оценим средние нагрузки на крепь для типовых условий строительства стволов при упругом режиме взаимодействия: R 0 = 3,0; R l = 3,5 м; R - 3,25 м; h - 0,5 м; Vj = 0,25; / = 0; v - 0,25; = 2 -10 4 МПа; £ = 2 • 10 4 МПа Таким образом, при моделировании крепи вертикальных стволов замкнутой цилиндрической оболочкой расчетная средняя нагрузка в три раза меньше, чем соответствующая величина для плоской задачи.
