Горное давление

Горным давлением называют силы в породах, окружающих горную выработку. Основной причиной горного давления являются силы тяжести, вследствие которых породный массив находится в напряженном состоянии.

    Рис.7. Схема к определению напряженного состояния массива горных пород  

В нетронутом массиве, до проведения горных выработок, горные породы находятся в равновесном объемном напряженном состоянии (рис.7), т.е. деформации по граням рассматриваемого кубика отсутствуют, что может быть выражено уравнением полной относительной деформации по какому-либо боковому направлению:

, (1)

где – нормальные напряжения по соответствующим осям координат, МПа; – коэффициент Пуассона; Е – модуль упругости, МПа.

Проведение подземных выработок вызывает изменение силового поля, характеризующего напряженное состояние пород. в процессе перераспределения напряжений возникающие силы стремятся перейти в новое состояние равновесия, вызывая при этом те или иные деформации пород. Из уравнения (1) получим

,

где = l – коэффициент бокового распора.

Размеры и очертание зоны разрушения или пластического течения породы зависят от соотношения вертикального и бокового давлений. Эту зону называют зоной пониженных напряжений. Характер распределения напряжений вокруг выработки может быть установлен аналитически или экспериментально.

Задача о распределении напряжений вокруг горизонтальной выработки круглого, эллиптического и прямоугольного поперечных сечений была решена А.Н.Динником, А.Б.Моргаевским и Г.Н.Савиным на основе теории упругости. Было установлено, что распределение напряжений вокруг выработки зависит от формы и размеров ее поперечного сечения. В кровле и почве выработок возникают растягивающие напряжения –

,

где К ₁ – коэффициент концентрации растягивающих напряжений.

В боках выработки наблюдается увеличение сжимающих напряжений:

,

где К ₂ – коэффициент концентрации снижающих напряжений.

Максимальная концентрация напряжений приурочена к углам выработки, где при угле 90° они могут достигать бесконечно больших значений. Концентрация напряжений вокруг выработки ограничивается некоторой зоной, размеры которой не превышают (3¸5) а, где а – наибольший линейный размер сечения.

Коэффициент концентрации напряжений – отношение напряжения, возникающего после проведения выработки, к первоначальному. Обычный диапазон его значений 1,3-3.

Дата добавления: 2014-11-18