Библиотека по теме магистерской работы

Проведение горной выработки в массиве (образова-ние в нем полости) является основной причиной измене-ния его естественного (начального или исходного) поля напряжений в пределах определенной области окружающих пород. При этом характер образующегося нового поля напряжений вокруг выработки зависит от совокупного и взаимоувязанного влияния большого количества факторов: особенностей начального поля напряжений до проведения выработки; формы и геометрических размеров выработки; типа, структуры, прочностных характеристик окружающих пород; воздействия на окружающие породы принятой технологии проведения выработки; увлажнения пород и т.д. В пределах аномальной области распреде-ления напряжений в окрестности выработки формируют-ся зоны концентрации сжимающих и растягивающих на-пряжений.

В настоящее время теоретически и экспериментально достаточно хорошо изучено распределение напряжений вокруг одиночной горизонтальной выработки в следующих условиях: до проведения горной выработки породы горного массива представляют собой упругую и изотропную среду, подчиняющуюся закону Гука; начальное напряженное состояние массива обусловлено только действием гравитационного силового поля; распределение напряжений в массиве неравномерное; при рассмотрении плоской задачи это распределение характеризуется параметрами y(z)=γ*H и y(x)=0.25*γ*H (если m=0.2).

Согласно известным решениям упругой задачи на рис.1 показан характер напряженного состояния пород в окрестности выработки круглой формы в виде эпюр на-пряжений по главным ее осям — в боках и кровле.

Максимальные и минимальные значения главных напряжений находятся непосредственно на контуре выработки и вблизи него. Со стороны большей вертикальной нагрузки y(z) в кровле и почве выработки действуют растягивающие напряжения. В точке А они показаны со знаком минус и равны 0,25γ*H . Область растягивающих напряжений будет тем обширнее, чем больше разница между y(z) и y(x) .

По мере удаления от контура кровли и почвы выработки растягивающие напряжения уменьшаются и постепенно переходят в напряжения сжатия. Со стороны меньших на-грузок в боках выработки действуют сжимающие на-пряжения. На контуре в точке В они равны 2,75γ*H. По мере удаления в глубину массива напряжения постепенно уменьшаются и достигают геостатического значения γ*H. Следует отметить, что данные закономерности отражают действительность лишь в той степени, в какой рас-сматриваемые горные породы приближаются к идеаль-ным упругим телам.

В упругой среде размеры области или зоны влияния выработки, т.е. на каком расстоянии от контура выработки напряжения практически не отличаются от соответствующих компонент поля напряжений нетронутого массива, существенно зависят от степени равномерности начального поля напряжений. Размеры распространения в глубину массива зоны влияния выработки зависят от ее формы поперечного сечения и примерно составляют: трапециевидная и прямоугольная формы — 3,5; сводчатая — 2,5–3,0; круглая и эллиптическая — 1,5–2,0 ширины выработки. Максимальная концентрация напряжений формируется в углах выработок. При углах 90? теоретически напряжения могут достигать бесконечно большого значения. Это значит, что в целях уменьшения напряжений поперечным сечениям выработок следует придавать более плавные очертания

Теоретическая картина распределения напряжений в упругой среде позволяет в качественном плане глубже понять и предвидеть возможное поведение пород в окрестности реально пройденной и поддерживаемой выработки. Согласно расчетам стенки выработки подвержены наибольшим воздействиям растягивающих и сжимающих напряжений, которые могут превысить пределы прочности вмещающих пород. Особенно плохо сопротивляются породы действию растягивающих напряжений, концентрирующихся в кровле и почве выработок. Стало быть, в первую очередь следует ожидать разрушений пород в кровле и почве выработки, а затем возможно и в ее боках. В случае осыпаний, обрушений и выдавливания разрушенных пород сечение выработки будет изменяться и приобретать овальную форму.

Теоретическая картина распределения напряжений в упругой среде позволяет в качественном плане глубже понять и предвидеть возможное поведение пород в окрестности реально пройденной и поддерживаемой выработ-ки. Согласно расчетам стенки выработки подвержены наибольшим воздействиям растягивающих и сжимающих напряжений, которые могут превысить пределы прочности вмещающих пород. Особенно плохо сопротивляются породы действию растягивающих напряжений, концентрирующихся в кровле и почве выработок. Стало быть, в первую очередь следует ожидать разрушений пород в кровле и почве выработки, а затем возможно и в ее боках. В случае осыпаний, обрушений и выдавливания раз-рушенных пород сечение выработки будет изменяться и приобретать овальную форму.

Согласно практике ведения горных работ на достиг-нутых глубинах многие вмещающие породы не могут со-противляться напряжениям, которые появляются вблизи контура выработки после ее проведения. Вокруг выработ-ки образуется зона разрушенных пород или так называемая зона неупругих деформаций (рис. 2). С течением времени размеры этой зоны увеличиваются. Разрушающиеся породы увеличиваются в объеме за счет роста их пустотности и смещаются в сторону пройденной выработки (созданной полости). При этом часть разрушенных по-род может полностью потерять связь с массивом и обрушиться в полость выработки. Если после проведения в выработке сразу же будет возведена крепь с хорошим контактом по контуру с окружающими породами, то она будет воспринимать давление увеличивающих в объеме пород зоны неупругих деформаций и давление веса пород, отслоившихся от общего массива. При достаточном сопротивлении (отпоре) крепь препятствует дальнейшему разрушению пород и наступает равновесие или устойчи-вое состояние системы «крепь — окружающие породы». В противном случае крепь деформируется и выработка может оказаться непригодной по своим размерам для эксплуатации.