Файл: Булычев, Н. С. Расчет крепи капитальных горных выработок.pdf

графику (рис. 4), не дожидаясь результатов измерения нагрузок

на крепь.

Приведенные выше классификации имеют в общем качественный характер, поэтому в оценке устойчивости пород достаточно высок элемент субъективного. Значительный интерес представляет предло­ жение В. А. Гиленко и др. [49], в котором качественные признаки увя­ заны с их количественной оценкой. На основании наблюдений в горно­ разведочных выработках, пройденных в трещиноватых изверженных породах, установлены количественные критерии устойчивости. По­ роды по устойчивости делят на пять категорий (табл. 9).

18

из совместно действующих факторов (табл. 10). К весьма неустойчи­ вым относятся породы в районах крупных тектонических разрывов.

В табл. 9 авторы работы дают рекомендации по креплению выра­ боток деревянной крепью. Кроме того, можно рекомендовать в поро­ дах II и III категории штанговую крепь (с железобетонными штан­ гами), а также набрызгбетонную (III категория) и комбинированную

(III—IV категории).

В трещиноватых породах трещины часто бывают заполнены вы­ ветривающимся материалом, поэтому эффективной является изоли­ рующая крепь [35].

Т а б л и ц а 10

Интересно отметить, что высота обрушения пород в кровле гори­ зонтальных выработок мало зависит от того, обычное или контурное взрывание применяют при их проходке [163].

§3. ПОТЕРЯ УСТОЙЧИВОСТИ ПОРОД

ВРЕЗУЛЬТАТЕ ИХ РАЗРУШЕНИЯ

Вотличие от вывалообразования, которое не зависит от глубины,

устойчивость, определяемая сопротивлением пород разрушению, суще­ ственно зависит от глубины, так как потеря устойчивости вызывается действием внутренних напряжений, величина которых определяется весом всей вышележащей толщи. Разрушенные внутренними напря­ жениями породы уже под собственным весом могут обрушиться в вы­ работку. В отличие от рассмотренной выше формы потери устойчи­ вости, здесь вывалообразованию предшествует разрушение пород,

вывалообразование и разрушение обычно захватывает бока выработок (при однородных или равнопрочных породах), с которых собственно

иначинается разрушение *.

* В массивах, где наибольшими являются горизонтальные напряжения (месторождения Кольского п-ова и др.), разрушение может ограничиваться кровлей выработки.

20

Картина распределения напряжений в массиве пород вокруг выработки является непременным исходным материалом при анализе устойчивости пород.

Известно, что в прочных устойчивых породах картина распреде­ ления напряжений вокруг выработок такая же, как в идеально упру­

Рис. 5. Картина возможных поверхностен скола пород вокруг выработок различной формы

признака устойчивости пород принимают соответствие между картиной напряжений в реальном массиве и его идеальной упругой модели. Если напряжения в упругой модели превышают прочностные харак­ теристики пород, массив считается неустойчивым.

Приведенное рассуждение вполне справедливо лишь для хруп­ ких пород, у которых предел упругости является одновременно пределом прочности. Если породы обладают пластическими свой­ ствами (хотя бы и в небольшой степени), то основой анализа их устой­ чивости должно быть напряженно-деформированное состояние соот­ ветствующей упругопластической модели.

21

Для хрупких пород имеется ряд предложений по ориентировочной оценке размеров потенциальных областей разрушения (или ослабле­ ния) [35, 66, 101, 110, 194]. Эти предложения основаны на сопоставле­ нии картины напряжений в упругой модели с прочностными харак­ теристиками однородного или слоистого массива пород с учетом ослабления прочности на контактах слоев. Представляет интерес методика Ф. Д. Ванга и др. [270], в которой в качестве критерия устойчивости принимается сопротивление отделению от массива некоторого объема пород в результате скола по поверхности разру­

шения. В качестве условия прочности прини­ мается условие Кулона — Мора:

где т, а — касательные и нормальные нап­ ряжения по поверхности разру­ шения;

тойчивости является отношение суммарного сопротивления сдвигу по поверхности разрушения к суммарному сдвигающему усилию. Анализ производится с помощью метода конечных элементов. Из чи­ сла возможных поверхностей разрушения выделяются критические,

Изучено влияние анизотропии массива пород при различной ориен­ тировке выработки относительно плоскостей изотропии [66, 106], влияние технологических неровностей, искажающих проектную форму сечения выработки [16, 66, 186], технологической неоднород­ ности пород [15], физической нелинейности среды [176] и т. п. Решены некоторые объемные задачи [40, 105, 158]. Большой эффект

22

при изучении распределения напряжений дает метод конечных эле­ ментов, а также экспериментальный метод фотоупругости.

При оценке устойчивости обнажений пород необходимо знать величину максимальных сжимающих напряжений на обнажении или в непосредственной близости от него, ориентированных вдоль поверхности обнажения.

Рассмотрим эллиптическую выработку (рис. 7). В этой выработке

Максимальные сжимающие напряжения действуют в точке А; коэффициент концентрации напряжений, т. е. их отношение к вели­ чине соответствующих напряже­ ний нетронутого массива, состав­ ляет

углах выработки еще не приводит к потере устойчивости. В то же время в боках таких выработок кон­

центрация напряжений меньше, чем в эллиптической выработке соот­ ветствующих размеров, а степень устойчивости пород, очевидно, ниже. Поэтому для приближенной оценки устойчивости целесооб­ разно коэффициент концентрации определять для аналогичной по размерам эллиптической выработки, вводя в расчет эмпирический коэффициент, учитывающий отклонение фактической формы сечения выработки от эллиптической.

При проведении выработок обычным способом с применением буровзрывных работ фактический контур сечения выработки отли­ чается от проектного наличием случайной извилистости, что влияет на характер распределения напряжений. В выработке круглого се­ чения в равномерном поле напряжений (А = 1) максимальный коэффициент концентрации напряжений при аппроксимации

23.