Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow География arrow Разработка месторождений полезных ископаемых

ПОДДЕРЖАНИЕ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА

Горное давление

В результате проведения горных выработок равновесно-напряженное состояние пород, в котором они находятся, нарушается. Вокруг горных выработок возникает поле напряжений — горное давление, действующее на окружающий массив, целики и крепь.

Величина и характер горного давления зависят от многих факторов. Одни из этих факторов определяются природными условиями: глубина разработки, размеры, форма и угол падения залежи, свойства пород. Другие создаются в процессе разработки месторождений: способ поддержания выработанного пространства, размеры, форма и расположение выработок, скорость подвигания забоя, способ отбойки, продолжительность отработки блока и пр.

Горный удар — внезапный выброс с большой скоростью породы из забоя и боков выработок вследствие ускоренной разгрузки их от напряжений. Эти геодинамические явления, сопровождаемые воздушными ударами, наблюдаются в крепких породах. Рудные целики, являясь концентраторами напряжений, способствуют накоплению напряжений, поэтому при большой глубине работ роль целиков играют искусственные массивы.

Напряженное состояние массива формируется под влиянием многочисленных факторов: глубина залегания; тектоническая деятельность; анизотропность и упругость пород; давление газов и подземных вод и др.

Напряженное состояние массива меняется во времени. Породы обладают свойством релаксации, и со временем напряжения в них выравниваются.

При теоретических и практических расчетах, связанных с напряженным состоянием массива, порода считается однородной средой, напряжения в которой возникают под действием их собственного веса.

Если в массиве на глубине Н выделить элементарный породный куб и ориентировать его в пространстве так, что компоненты тензора напряжений будут главными, то:

где р — плотность породы, кг/м3; X — коэффициент горизонтального распора; Н — глубина, м; g — ускорение свободного падения, см /с2; т — касательное напряжение, Па.

Коэффициент горизонтального распора X — отношение горизонтальной составляющей напряжений к вертикальной является важной характеристикой горной породы. Если породу считать упругой средой, то коэффициент горизонтального распора может быть определен через коэффициент Пуассона. Для упругой среды при действии силы вдоль оси х:

где Е — модуль упругости, Па; ц — коэффициент Пуассона.

Из условия решается уравнение относительно ах:

следовательно,

Если коэффициент Пуассона изменяется в пределах 0,2—0,3, то для идеально упругих пород коэффициент горизонтального распора равен 0,25—0,4.

В идеально сыпучей породе коэффициент горизонтального распора 0,27—0,33, однако для большинства некрепких пород он изменяется в более широких пределах.

Угол внутреннего трения <р, необходимый для расчета А,, определяется из выражения

где / — коэффициент крепости.

Если в массиве горных пород образуется пустота, то в ее окрестностях напряжения по сравнению с первоначальными увеличиваются.

Из-за вмешательства горных работ в массиве развивается комплекс явлений, нарушающий его напряженное состояние и деформации пород вокруг выработок:

  • • изменение поля напряжений вокруг выработок;
  • • изменение свойств пород на контуре выработок;
  • • перемещение, взаимоконтактирование, деформирование и разрушение пород в зависимости от напряжений и свойств пород.

В крепких породах с выраженными упругими свойствами их деформации вокруг одиночной выработки остаются незамеченными. В слабых или весьма нарушенных породах возникают квазипласти- ческие деформации.

Наибольшие изменения напряженно-деформированного состояния массива происходят в процессе очистной выемки, когда при подработке массива создается опорное давление. Зона максимального опорного давления, которая следует за зоной пластических деформаций, постепенно снижается до размеров естественной напряженности.

В скальных породах прочностью от 50—100 до 100—150 МПа в зоне нарушенных пород коэффициент ослабления снижается с 0,25—0,35 до 0,15-0,04. Мощность зон вокруг выработок малого сечения составляет 0,5—2,0 м, вокруг крупных — 5—10 м. Внутри этих зон выделяется менее мощная приконтурная зона снижения ослабленности 0,5— 1,5 м. В пределах зоны прочность уменьшается от 2,5 до 6,0 раз. На контакте зоны влияния выработок напряжения увеличиваются до первоначального значения.

Напряжения в окружающих выработку породах могут быть рассчитаны с использованием методов теорий пластичности и упругости среды, например Б. Кирша, Д. Шермана и др. Однако в связи с трудностью получения исходных данных для расчетов достоверность их невелика.

Напряжения в окрестностях выработки могут превысить прочность пород. Тогда там образуется нарушенная область (область неупругих деформаций). В это время могут происходить горные выстрелы, удары и выбросы.

Крайней степенью перераспределения напряжений в массиве является его разрушение с выходом воронок обрушения на поверхность (рис. 4.18).

Воронки обрушения пород на земной поверхности над месторождением с указанием даты обрушения

Рис. 4.18. Воронки обрушения пород на земной поверхности над месторождением с указанием даты обрушения

Напряжения оценивают коэффициентом концентрации напряжений, величина которого зависит от исходного напряженного состояния массива, условий залегания пород, формы и размеров выработки и их соотношения, а также характера стенок и кровли выработки и др.

Процессы разрушения рудовмещающего массива и земной поверхности носят объективный характер и иллюстрируются схемами (рис. 4.19).

Схемы разрушения земной поверхности в результате проведения горных работ

Рис. 4.19. Схемы разрушения земной поверхности в результате проведения горных работ

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы