Напряженное состояние горных пород вокруг выработок (часть 1)

Проведение горной выработки вносит изменение в напряженное состояние массива. Это объясняется тем, что столб породы над выработкой лишается непосредственной опоры, вое этого столба передается на смежные части массива. Вокруг выработки концентрируются сжимающие (в стенках) и растягивающие (в почве и кровле) напряжения (рис. 47).

При λ<1 в ее стенках на контуре сжимающие вертикальные напряжения составляют k2рН (k2≈3÷5 — коэффициент концентрации сжимающих напряжений — это отношение напряжений в данной точке после проведения выработки к напряжению, существующему в нетронутом массиве). В кровле и почве выработки возникают растягивающие напряжения k1рН (k1 — коэффициент концентрации растягивающих напряжений), которые по мере удаления от контура уменьшаются до нуля, а затем переходят в сжимающие и постепенно достигают величины, соответствующей напряжению в нетронутом массиве. В углах выработок и вершинах впадин возникает наибольшая концентрация напряжений. Закругления углов резко снижают напряжение.
Вокруг выработок круглого сечения при гидростатическом распределении напряжений в нетронутом массиве имеют место только сжимающие напряжения одинаковой величины по всему периметру контура сечения.
Устойчивость обнажений при отсутствии крепи предопределяется соотношением прочностных показателей породы и величины напряжений в зоне аномалий.
Устойчивостью обнажений считается такое состояние обнаженного незакрепленного участка массива пород, при котором в течение необходимого по условиям производства периода времени не происходит обрушение или сползание пород, а смещение поверхности обнажений или ее части не выходит за допустимые пределы.
В горизонтальных и наклонных выработках такими обнажениями являются кровля, почва и стенки выработки, в вертикальных — стенки. Вблизи контура обнажений напряжения (σ) вследствие их концентрации могут превзойти предел прочности пород и произойдет их разрушение или пластическое течение. Часть массива горных пород, в пределах которого под влиянием проведения горной выработки происходят сдвижения, деформации и разрушение пород, вызванные перераспределением напряжений, называется областью влияния горной выработки. Для выработки прямоугольной формы она не превышает (3—5)l, сводчатой — (2,5—3)l, круглой и эллиптической — (1,5—2,5)l (l — наибольший линейный размер сечения выработки). Часть этой области, где напряжение в зоне σзоны меньше напряжения в массиве σмас, т. е. σзоныσмас — повышенных напряжений. Зона повышенных напряжений постепенно переходит в область напряжений, существующих в нетронутом массиве, иногда называемую зоной опорного давления.