Напряженное состояние горных пород вокруг выработок (часть 2)

Характер формирования области влияния горной выработки зависит от формы, размеров сечения выработки, физико-механических свойств горных пород и др.
По степени устойчивости обнажений выделяют следующие группы выработок: весьма устойчивые; устойчивые; средней устойчивости; неустойчивые; весьма неустойчивые.
Степень устойчивости обнажений элементов выработки оценивается отношением

Можно рассмотреть следующие случаи устойчивости обнажений:
1. Кровля, стенки (бока) устойчивы:

2. Кровля неустойчива, стенки и почва устойчивы:

3. Кровля и стенки неустойчивы:

где ξ=0,7÷0,9 — коэффициент длительной прочности, который зависит от пористости и влажности пород; kс — коэффициент структурного ослабления.
Коэффициент структурного ослабления характеризуется отношением прочности пород в массиве к прочности пород в "куске".
Прочность пород в "куске" — это дополнительное понятие, которое вводится для характеристики массива. Прочность пород в массиве меньше, чем в "куске", вследствие влияния поверхностей ослабления: слоистости, трещиноватости и пр.
Ниже даны ориентировочные значения kс.

Устойчивость обнажений при отсутствии крепи определяется формой, размерами выработки Lпр и глубиной ее заложения.
В качестве устойчивости обнажений принимаются соотношения 2а < Lпр. В свою очередь,

где km — коэффициент, характеризующий мощность слоя непосредственной кровли m (при m≤0,02km=1); kγ — коэффициент, учитывающий нагрузку Р непосредственной кровли (при Р=0 kγ=1); kтр — коэффициент, учитывающий трещиноватость кровли (при наличии параллельных трещин kтр=0,2÷0,8, при расположении трещин перпендикулярно к оси выработки kтр=0,8÷0,9, при наличии двух систем трещин kтp=0,24÷0,8).
Устойчивость пород в обнажениях определяется прочностью, ползучестью, строением, нарушенностью массива, обводненностью пород и пролетом выработки.
Существует несколько классификаций горных пород по устойчивости.
Теоретическая оценка напряженного состояния вокруг вертикальной выработки дана проф. С. Г. Лехницким. Им решена задача о распределении напряжений вокруг круглого отверстия в упругой невесомой пластинке при нагружении ее равномерной нагрузкой (рис. 48):


Главные напряжения определяются по формулам

где а — радиус ствола (вчерне); r — расстояние рассматриваемой точки от центра ствола.
На контуре ствола при r=a σr= 0,

По мере удаления от контура ствола

Потеря устойчивости обнажений произойдет, если σв≥Rсж, где Rсж — предел прочности пород на сжатие.

---