Оценка напряженного состояния пород (часть 2)

Оценка устойчивости контура незакрепленной выработки выполняется обычно для одноосного напряженного состояния по величине максимальных напряжений в рассматриваемой точке. В качестве критерия оценки устойчивости применяется запас прочности (устойчивости) пород, который определяют для одноосного напряженного состояния. Запас прочности численно показывает, во сколько раз расчетные напряжения меньше предела прочности массива горных пород. Запас прочности вводится для расчета устойчивости обнажений горных пород в выработке по предельному состоянию, при котором выработка перестает удовлетворять заданным требованиям (находиться без крепи в период эксплуатации). Массив пород, окружающий выработку, находящуюся без крепи, постепенно меняет свои свойства: продолжается развитие трещин на контуре, что приводит к перераспределению напряжений внутри массива. Изменяются свойства пород под влиянием рудничной атмосферы и сейсмического воздействия взрывов, Поэтому для обеспечения безопасной эксплуатации выработки необходимо учитывать изменчивость нагрузок, механических свойств и условий работы массива как строительной конструкции. Основными характеристиками нагрузок и воздействий являются их нормативные значения, т. е. значения, близкие к наибольшим нагрузкам и воздействиям при нормальной эксплуатации. Эти нагрузки устанавливаются Строительными нормами и правилами. Поскольку все характеристики воздействия и свойства массива количественно оценить трудно, приведем приближенное определение коэффициента запаса прочности для породного массива. Этот коэффициент и можно рассчитать по формуле:

где nп — коэффициент перегрузки; k — коэффициент безопасности (по материалу); kн — коэффициент надежности; m — коэффициент условий работы.
Коэффициент перегрузки учитывает возможность отклонения действительной нагрузки в неблагоприятную сторону от их нормативных значений (n≥1). Отклонение сопротивлений материалов (в нашем случае пород) от нормативных значений (k≥1,1) учитывает коэффициент безопасности по материалу. Отношение нормативного сопротивления к коэффициенту безопасности называется расчетным сопротивлением материала: R=Rн/k. Оно представляет собой наименьшее возможное сопротивление материала за время эксплуатации.
Коэффициент надежности (kн≥1) вводится дополнительно для капитальных сооружений (в случае расчета по предельным состояниям). Коэффициент условий работы m учитывает особенности работы материала и элементов конструкций в неблагоприятных условиях влияния температуры, влажности, агрессивности окружающей среды и др.
Если считать массив горных пород, окружающий выработку без крепи, строительной конструкцией из бетона, то коэффициент запаса прочности у него должен быть n≥2. Такой массив не будет требовать дополнительных мероприятий (дополнительного крепления), обеспечивающих его устойчивость на весь период эксплуатации. В связи с наличием в породном (не бетонном) массиве трещиноватости коэффициент безопасности по материалу должен быть k≥2 (для бетона k=1,5). Остальные коэффициенты принимаем как для бетона. Тогда коэффициент запаса прочности для массива по формуле (11.4) равен

Таким образом, коэффициент запаса прочности для массива горных пород можно принять n=4.
Предельные состояния для кровли и боков выработки будут различны: выпадение отдельных кусков породы из кровли должно быть исключено, но можно допустить некоторое осыпание боков. Это говорит о том, что при n≥4 выработка может эксплуатироваться без крепи, но при наличии в кровле сильной трещиноватости потребуются меры по предотвращению выпадения кусков породы из кровли — возведение облегченной крепи.

---