8.5. Горное давление и крепь выработки

В рассмотренных выше теориях и методах расчета давление пород на крепь выработки рассматривалось как внешняя сила, независящая от характеристики крепи. Учитывался только вес разрушенной; породы и не принималось во внимание усилие, передаваемое от расширяющегося массива и трение внутри разрушенной породы, препятствующее смещению ее в выработку. В результате были получены лишь весьма приближенные решения поставленной задачи, не учитывающие, например, напряженно-деформированное состояние переднего массива. В реальных условиях работа крепи и породы взаимно связаны. Подход к решению этой весьма сложной задачи приводится ниже.

8.5.1. Давление на контуре выработки, пройденной в напряженном горном массиве

Первопричиной проявления горного давления является напряженное состояние породного массива, окружающего горную выработку.

В упругой крепкой породе радиальное давление на контуре выработки снижается до нуля. Смещение породы в выработку можно принимать за упругое (рис.42 ). Выделяемая энергия недостаточна для разрушения породы и обнажение породы в выработке остается устойчивым.

При недостаточно крепкой породе давление на контуре выработки в зависимости от величины смещения породы в эту выработку меняется по довольно сложному закону. Качественная картина развития давления на контуре выработки приведена на рис.42.

Рис. 42 . Давление на контуре выработки в крепкой породе:

σ – напряжение в нетронутом массиве, ε – смещение от упругого

расширения породы в выработку; W_R – выделяемая энергия

Рис.43.Давление на контуре выработки теряющей устойчивость:

1 – давление упругого (без разрушения) расширения породы в выработку; 2 – давление при расслоении породы; 3 – давление от веса разрушенной породы; σ₀ – напряжение в нетронутом массиве; ε₀ – смещение от упругого расширения породы; ε_c – смещение с отрывом породы от массива

(образование свода разрушенной породы); 4 – суммарное давление

Упругое расширение породы в выработку происходит очень быстро (со скоростью звука в породном массиве), управлять им мы практически не имеем возможности. Поэтому управляемое давление, развиваемое на контуре выработки, можно считать состоящим из двух частей:

1)давление при расслоении породного массива;

2)давление от веса отделившейся от массива породы.

Давление при расслоении породы снижается с ростом величины смещения породы в выработку (с увеличением толщины разрушенного слоя породы) из-за нарастающей силы трения внутри разрушенного слоя породы.

Давление от веса разрушенной породы растет с увеличением смещения породы в выработку (с увеличением толщины слоя разрушенной породы), но темп роста этого давления резко снижается и величина давления приближается к постоянному значению. Давление может стать постоянным очень быстро при образовании свода естественного равновесия. Как видно из рис.43, давление на контуре выработки сначала падает, а затем растёт с ростом смещения породы в выработку.