Описание: Нетронутый массив горных пород находится в равновесном напряженном состоянии, которое нарушается после проведения горных выработок. Появляются полости, часть массива лишается естественной опоры, вследствие чего происходит перераспределение напряжений.
Проявление горного давления в очистной выработке
Нетронутый массив горных пород находится в равновесном напряженном состоянии, которое нарушается после проведения горных выработок. Появляются полости, часть массива лишается естественной опоры, вследствие чего происходит перераспределение напряжений. Если породы или руды неустойчивы, они могут обрушиться. Если массив сложен устойчивыми породами, то их поведение зависит от размеров обнажения.
При наличии опор с двух сторон обнажения породы кровли прогибаются в сторону свободного пространства. При этом они испытывают растягивающие напряжения. Вследствие этого начинается растрескивание массива, в кровле которое может переходить в обрушение. Обрушение обычно прекращается, когда над выработанным пространством образуется устойчивая куполообразная выемка - свод естественного равновесия. Давление налегающей толщи передается на опоры этого свода, по бокам выработанного пространства возникают зоны повышенного опорного давления. При небольшой глубине или при значительной ширине выработанного пространства купол свода может достигать поверхности .При наличии над выработанным пространством устойчивой кровли, а также при выемке руды сплошным фронтом позади забоя образуется нависающая плита (консоль) из устойчивых пород, опорой которой служит забой. Эта плита под действием собственного веса и давления вышележащей толщи стремится опуститься в выработанное пространство, чему препятствует массив руды в забое. Поэтому в призабойной зоне массива возникает повышенное опорное давление .
Опорное давление может в несколько раз превышать горное давление на данной глубине в нетронутом массиве. Когда величина опорного давления становится больше сопротивления массива сжатию, он разрушается. В хрупких породах разрушение имеет взрывообразный характер и называется породным взрывом, а при больших масштабах разрушения – горным ударом. Это крайне опасное явление, приводящее к катастрофическим последствиям.
Силы, которые проявляются в массиве
горных пород после проведения в нем выработок и вызывают деформации горных
пород, окружающих выработки, называют горным давлением.
Горное давление усложняет технологию разработки и требует специальных мер:
поддержания выработок, уменьшения пролетов выработок, увеличения интервалов
между ними и т. п. Гораздо реже используют горное давление как положительный
фактор для отделения полезного ископаемого от массива или для перемещения
перекрытий, предохраняющих полезное ископаемое от засорения обрушенными пустыми
породами.
Горное давление представляет собой
одно из наиболее значительных явлений, связанных с разработкой месторождений,
поэтому ему посвящено множество исследований.
Массив горных пород в связи с наличием в нем трещин, прослоев и т. п. неоднороден
по своим физико-механическим свойствам. Взятые из массива на испытания образцы
существенно отличаются от него по этим свойствам, так как в образцах
отсутствуют крупные трещины и прослои. Породный массив, в связи с
трещиноватостью и неоднородностью, при нагружении отличается сложным
поведением, которое лишь в отдельных случаях может быть отражено какой-либо
моделью из числа применяемых в инженерных расчетах. Часто остаются неизученными
горизонтальные силы, значительно воздействующие на массив (в большинстве
случаев имеющие тектоническое происхождение).
Факторы, влияющие на горное давление
и его проявление, делятся на природные и технические.
К природным факторам относятся:
1) глубина залегания, которая в прямой пропорции увеличивает вес налегающей толщи
пород;
2) силы тектонического происхождения;
3) физико-механические свойства пород, в первую очередь их крепость и
трещиноватость.
В крепких, монолитных породах допускаются значительные обнажения, требуются меньшие затраты на поддержание выработок, но породы обладают выбросоопасностью. В породах трещиноватых или мягких затруднено поддержание выработок, но снижают возможность выбросов породы.
Технические
факторы:
1)размер и форма обнажений. С увеличением обнажений возрастает
необходимость в поддержании выработанного пространства, повышаются напряжения в
окружающих породах;
2)расстояние между выработками или ширина целиков. Если этот размер мал,
то возникает большое опорное давление;
3)способы образования выработок. Наиболее благоприятен гладкий контур
выработки с ненарушенными краями, получаемый при механической отбойке и (в
меньшей степени) при отбойке шпурами и скважинами малого диаметра,
расположенными вдоль границ выработки;
4)интенсивность разработки в зоне повышенного горного давления. Важно завершить
работы раньше, чем наступит стадия прогрессирующей ползучести и скорость
деформации достигнет критической величины;
5)порядок разработки. Он должен быть таким, чтобы обеспечивалось
наименьшее число целиков, рудных выступов и других участков, подверженных
повышенному опорному давлению. При обрушении налегающих пород на отбитую руду
недопустимо большое отставание в обрушении.