книги из ГПНТБ / Булычев, Н. С. Расчет крепи капитальных горных выработок

9

Густота и характер трещиноватости непосредственно влияют на величину коэффициента структурного ослабления. На рис. 1 показана зависимость коэффициента ослабления трещиноватого блока породы при кубической форме отдельности от относитель­ ной густоты трещин, построенная по данным В. Г. Зотеева [78]. Инте­

11

тельном действии нагрузки прочность снижается. Уменьшение проч­ ности учитывается функцией длительной прочности

вают коэффициентом длительной прочности. По данным испытаний пород, величина этого коэффициента составляет 0,7—0,8 при ОсЖ= -- 100 -г- 600 кгс/см2 и 0,8—0,9 принсж > 6 0 0 кгс/см2. Коэффициент длительной прочности зависит от пористости и влажности пород.

Пластичность — это способность пород испытывать необратимые (остаточные) деформации без разрушения. Пластичные породы в отличие от хрупких менее чувствительны к местным концентра­ циям напряжений.

Пластичность пород можно характеризовать предельной величи­ ной остаточных или общих деформаций в направлении наибольшего

авторам Б. В. Матвеевым, данные 15—22—А. H. Ставрогиным.

* Данные испытаний пород в куске.

13

Т а б л и ц а 6*

главного напряжения [261] (табл. 5, 6), а также величиной отноше­ ния общей предельной деформации к упругой, которую будем назы­ вать показателем пластичности пород.

Таким образом, критерий прочности пластичных пород можно представить в следующем виде:

При аналитических исследованиях массив горных пород часто моделируется идеально пластической средой, обладающей внутрен­ ним трением и сцеплением. В этом случае для того чтобы использо­ вать в расчетах данные испытаний пород, при определении показа­ теля пластичности необходимо аппроксимировать фактическую диа­

грамму испытаний линией, соответствующей расчетной модели

(рис. 3).

14

§ 2. ВЫВАЛООБРАЗОВАНИЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ СОБСТВЕННОГО ВЕСА ПОРОД

Наблюдения за обрушениями пород положены в основу гипотезы свода [139], составившей целый этап в развитии механики горных пород и не утратившей полностью своего значения и в настоящее время. Данные о форме обрушений пород в кровле выработок имеются

вряде работ [121, 183]. Известны случаи образования в результате вывала протяженной «силосообразной» полости [197]. Такой вывал произошел, например, в 50-х годах на шахте им. Ильича в Донбассе

ввосточной обходной околоствольного двора гор. 540 м в районе ствола № 1. Образовавшаяся полость достигла трубного ходка, расположенного в 5 м над обходной.

Склонность к вывалообразованию зависит от петрографического состава и прочности пород, а главным образом — от макротекстуры массива, густоты и ориентировки трещин. Влияние глубины непосред­ ственно на способность пород к вывалообразованию не сказывается,

апроявляется лишь в той мере, в какой глубина влияет на свойства

инарушенность пород.

Вывалообразование в стволах. Значительный фактический ма­ териал по вывалообразованию при обычной проходке вертикальных шахтных стволов в Донбассе собран Ю. А. Онищенко [134]. Из полу­ ченных данных следует:

вывалы происходят преимущественно в слабых породах: уголь, мергель, глина (85—90%);

самые большие вывалы связаны с геологическими нарушениями; около половины стволов пройдено вообще без вывалов; 64% вывалов произошли на глубине до 200 м; 80% вывалов произошло в стволах диаметром 7 м и более;

размеры вывалов: высота 1,5—27 м; глубина 0,5—4,5 м; протяженность по периметру сечения ствола 2—2,5 м; средние размеры: высота 7.5 м; глубина 1.6—1,7 м; вывалы на всю высоту обнажения отсутствуют; преобладают односторонние вывалы (55—65%);

максимальное число вывалов по стволу не превышает 4—5, а их суммарная высота не превышает 10% от общей глубины ствола;

длительность обнажения пород до вывалов 0,5—6 мес.

Эти данные относятся к проходке стволов с крепью из железо­ бетонных тюбингов, которая вводилась в контакт с породными стенками путем тампонажа закрепного пространства с отставанием до 30 м и более от забоя ствола, через 2—4 недели после обнажения.

Ю. И. Белоцерковец предложил способ прогнозирования вывалообразования в стволах по кавернограммам геологических кон­ трольных скважин [22]. Сопоставление кавернограмм 82 скважин и профилей 116 стволов Донбасса показало, что вывалы и каверны приурочены к одним и тем же участкам массива, причем средняя суммарная протяженность каверн даже несколько больше, чем вывалов. Следовательно, прогноз осуществляется с некоторым

15

запасом. Вывалом считается локальное увеличение диаметра ствола

на 10%.

В работе [30] приведены данные об осыпании и вывалообразовании в стволе, пройденном бурением.

Вывалоэбразовашіе в горизонтальных выработках. По характеру

ипричинам можно выделить следующие виды обрушений пород: обрушение слоистой кровли в результате расслаивания и разлома

слоев; выпадение блоков пород из кровли с образованием куполов;

обрушение слабых пород; обрушение сильнотрещиноватых пород.

Устойчивости пород слоистой кровли посвящено много исследова­ ний [27, 269]. В качестве условия устойчивости обычно принимается соотношение

где Lnp — предельный пролет для данной кровли, который может быть приближенно определен по формуле

ственной кровли: при отсутствии пригрузки ку = 1, при наличии пригрузки (мощности вышележащих слоев мень­ ше, чем мощность слоя непосредственной кровли) ку —

= 0,5 -0,9 *;

ктр — коэффициент, учитывающий трещиноватость кровли: при вертикальных трещинах, параллельных оси выработки, ктр = 0,2—0,8; при трещинах, перпендикулярных оси выработки, ктр = 0,8—0,9; при двух системах трещин — произведение этих величин *;

0р — предел прочности слоя непосредственной кровли на рас­ тяжение.

Предельный пролет кровли, закрепленной металлическими штан­ гами, возрастает, по данным Ю. И. Васильева, в — ^ п раз, где п —

число скрепленных слоев.

Выпадение блоков из кровли выработки известно в горной прак­ тике под названием «куполение». Установлено, что этому явлению подвержены аргиллиты алевритистые и алевритовые, а также алев­

* Значения коэффициентов к и ктр приведены но данным Ю. И. Васильева (ВНИМИ). 7

16

ролиты с базальным глинистым цементом с пределом прочности о?ж < 4 0 0 кгс/см2 [115]. Важно, что эти породы имеют внутренние скрытые поверхности ослабления, сходные с зеркалами скольжения.

Образующиеся при обрушении блоков «купола» обычно имеют форму неправильного усеченного конуса высотой 0,5—1,5 м и осно­ ванием 1—2 м. Происхождение поверхностей ослабления, по кото­ рым отделяются куполовидные глыбы пород, не известно. Выска­ зываются предположения, что они связаны с условиями осадконакопления.

Устойчивость однородных слабых пород также характеризуется величиной предельного пролета выработки. А. А. Борисов на основа­ нии работы В. Риттера рекомендует следующую формулу для пре­ дельного пролета [27]:

• Для скальных и полускальных пород аналогичная формула пред­ ложена С. С. Давыдовым [54]:

В более строгой постановке задача потери устойчивости в резуль­ тате образования свода обрушения в кровле выработки рассмотрена И. В. Жеребцовым [72].

Классификации пород но устойчивости. Существует ряд класси­ фикаций горных пород с точки зрения их обрушаемости в горные выработки [195, 205, 230]. В качестве примера можно привести клас­ сификацию Т. Хагермана [218], который выделяет следующие типы пород (табл. 7):

однородная изотропная; однородная с одним направлением анизотропии;

сдвумя направлениями анизотропии или одной системой пло­ скостей ослабления;

сдвумя системами плоскостей ослабления;

сбольшим числом систем плоскостей ослабления.

По степени устойчивости породы делят на а — вполне устойчивые;

ab — вполне устойчивые, но требующие осмотра;

Ъа — большей частью устойчивые; требуется осмотр и частично полный контроль; крепь, вероятно, еще не требуется;

Ъ— породы большей частью, вероятно, неустойчивы; необходимы полный контроль и частично оборка; требуется, вероятно,

анкерная крепь; Ьс — неустойчивые; необходима оборка породы; большая часть

поверхности должна быть подкреплена;

с— весьма неустойчивые.

Известна также классификация пород по обрушаемости, пред­

ложенная Г. Лауффером [123, 230] (рис. 4). Характеристика

графику (рис. 4), не дожидаясь результатов измерения нагрузок

на крепь.

Приведенные выше классификации имеют в общем качественный характер, поэтому в оценке устойчивости пород достаточно высок элемент субъективного. Значительный интерес представляет предло­ жение В. А. Гиленко и др. [49], в котором качественные признаки увя­ заны с их количественной оценкой. На основании наблюдений в горно­ разведочных выработках, пройденных в трещиноватых изверженных породах, установлены количественные критерии устойчивости. По­ роды по устойчивости делят на пять категорий (табл. 9).

18