Предельные состояния горных пород вокруг выработок

В книге рассмотрены условия перехода в предельное напряженное состояние горных пород вокруг всех основных типов горных выработок, а также взаимодействие пород, находящихся в предельном состоянии и частично разрушенных, с крепью выработок.

На основании общих закономерностей деформирования и смещения пород, находящихся в предельном состоянии, сформулированы основные требования к крепи выработок различного назначения для различных геологических и горнотехнических условий.

Книга предназначена для инженерно-технических и научных работников, ведущих проектирование, строительство и эксплуатацию угольных шахт и рудников, а также может быть полезна преподавателям и студентам горных вузов и факультетов.

При достигнутых к настоящему времени глубинах подземных горных разработок вопрос о предельных напряженных состояниях горных пород вокруг выработок приобретает решающее значение при определении смещений контуров поперечных сечений выработок, типов крепи, ее несущей способности, а также наиболее рациональных условий расположения выработок и методов их охраны.

Переход горных пород вокруг выработок в предельное напряженное состояние является основным проявлением горного давления1, оказывающим наибольшее влияние на подземную разработку месторождений полезных ископаемых.

От условий перехода в предельное состояние горных пород вокруг выработок зависят рациональные параметры горных выработок и систем разработок, механизация и технология горных разработок, полнота извлечения полезного ископаемого и, в конечном счете, производительность труда горняков и себестоимость добытого полезного ископаемого.

Известно, что при проведении горных выработок вокруг них не всегда возникают зоны предельного напряженного состояния. Часто напряжения в горных породах в области влияния выработки не превышают предела упругости (точнее сказать, более характерного для горных пород предела ползучести, по величине близкого пределу упругости), и в этих случаях при изменении напряжений, вызванном проведением выработки, горные породы подвергаются только упругим деформациям и деформациям затухающей (линейной) ползучести, проявляющимся относительно непродолжительное время. Общая величина смещений контура поперечного сечения выработки за счет упругих деформаций пород и деформации затухающей ползучести обычно невелика и сама по себе не вызывает необходимости возведения крепи, обладающей какой-либо несущей способностью. В этих условиях достаточна легкая крепь типа набрызгбетона, предотвращающая вывалы отдельных блоков горных пород, ограниченных трещинами.

Исследование условий перехода горных пород в предельное напряженное состояние является наиболее важным этапом в изучении проявлений горного давления при подземной добыче полезных ископаемых.

Изучение проявлений горного давления до настоящего времени базируется главным образом на шахтных наблюдениях и на моделировании эквивалентными материалами. Аналитические исследования еще не вышли из стадии решения наиболее простых задач для выработок, располагаемых в однородной сплошной среде, что является крайне редким случаем в горной практике. В большинстве же случаев вокруг выработок при больших деформациях массив горных пород ведет себя как неоднородная слоистая среда с образованием разрывов сплошности по наиболее слабым контактам между слоями, причем прочность различных слоев существенно отличается, вследствие чего слабые слои переходят в предельное состояние, а более прочные часто остаются упругими. <...>