32. Гипотеза м.М.Протодьяконова. Коэф. Крепости грунтов.

В практике проектирования в Советском Союзе распространена теория проф. М.М. Протодьяконова, предложенная им для широкого диапазона пород — от слабых до крепких скальных. В качестве объединяющей их характеристики в этой теории принят коэффициент fкрепости, являющийся кажущимся коэффициентом трения, т.е. тангенсом угла внутреннего трения, определенного с учетом сцепления смежду частицами породы. Кажущийся коэффициент трения равен отношению касательного τ и нормального σ напряжений на контакте между частицами породы в момент предельного равновесия, т.е.

где φ — действительный угол внутреннего трения породы.

Из рассмотрения общего выражения для f (для связных пород) можно сделать вывод, что в сыпучих породах (с = 0) он равен tgφ.

В скальных породах истинное сцепление с определяется силами молекулярного сцепления. В этом случае проф. М.М. Протодьяконов рекомендует определять коэффициент крепости породы в зависимости от ее кубиковой прочности R (кгс/см2) на раздробление:

f = R/100

На основании наблюдений за поведением крепей и обобщения обширного опыта проведения горных выработок проф. М.М. Протодьяконовым предложена классификация пород по крепости (см. СНиП III-Д.8-62).

33. Прогноз устойчивости выработки по условию вывалообразования.

Постоянное увеличение глубины разработки и характерная для большинства угольных районов невысокая прочность пород, привели к возникновению таких негативных явлений, как пучение почвы и вывалообразование пород кровли выработок. По этим причинам существенно ухудшилось состояние протяженных выработок, выросли затраты на их поддержание. Особые сложности вызывают случаи вывалообразований, часто возникающие в очистных и подготовительных выработках.

В призабойной части выработки именно вывалообразование ( обрушение пород) является основным геомеханическим процессом, вызывающим нарушение ее эксплуатационного состояния. В связи с этим разработка способов предупреждения вывалообразований в горных выработках является актуальной технической задачей, имеющей важное значение для угольной отрасли.

Обобщение опыта поддержания выработок в сложных горно- геологических условиях показало, что основными направлениями в предупреждении вывалообразований являются:

– выбор постоянной крепи с учетом удельной нагрузки от вывала;

– снижение степени деформаций окружающего выработку массива, приводящие к пучению пород почвы выработки;

– снижение степени радиального трещинообразования.

Для снижения степени деформаций окружающего выработку массива получила широкое распространение взрывощелевая разгрузка, направленная на предупреждение пучения в почве. Применение этого способа либо предупреждает пучение (обычно в породах с прочностью на сжатие 60 МПа и более), либо снижают его величину в 2,5…5 раз.

Снижение радиального трещинообразования. Непосредственное влияние на характер и степень радиального трещинообразования оказывают способ сооружения выработки, качество работ и применение предупредительных мер.

Наличие неровностей определяет неравномерность смещений, сопровождаемых разрывными нарушениями, т.е. радиальным трещинообразованием.

В этой связи при буровзрывном способе сооружения выработок целесообразно применение « щадящего взрывания», строгое соблюдение паспорта БВР и тщательная оборка породных обнажений для возможно полного удаления нарушенной приконтурной зоны массива. Опыт показывает, что соблюдение указанных требований, обеспечивающих повышение качества проходческих работ, способствует улучшению эксплуатационного состояния выработки и равномерности смещений породных обнажений. Это, в свою очередь, позволяет обеспечить более плотный контакт породного обнажения и крепи и их совместную работу (образование системы «крепь-порода»).

Укрепление пород вяжущими растворами направлено на предупреждение дальнейшего развития радиальных трещин (предупреждение вывалообразований и выпуска породы при производстве ремонта или предварительное укрепление).

Работы по укреплению породного массива целесообразно проводить на начальном этапе эксплуатации выработки. Эффективность его для предупреждения вывалообразований определяется стадией развития геомеханических процессов, на которой проводят эти работы.

Таким образом, для предупреждения вывалообразований работы по укреплению пород целесообразно проводить при смещениях породных обнажений до 170…270 мм на глубину 1,5 м и более. Это позволит предупредить развитие радиальных трещин, образуя слой омоноличенной породы (в пределах приконтурной зоны массива) толщиной 16…20 см.

Возводимая в качестве временной набрызгбетонная крепь ( НБК) предупреждает вывалообразования (обрушения пород) в призабойной части выработки.

Рациональным для временной крепи является набрызгбетонная смесь с добавлением в качестве ускорителя схватывания фтористого натрия в количестве 4 %. Этот состав смеси обеспечивает раннюю прочность 0,75 МПа через 1 час после возведения крепи, при этом достигается высокая механизации работ. Набрызгбетонное покрытие породных обнажений для предупреждения вывалообразований целесообразно применять в породах прочностью на сжатие 40…80 МПа, различной степени нарушенности.