Оценка устойчивости контура незакрепленной горной выработки

Контур горной выработки может быть устойчивым или не­устойчивым. Это связано с условиями: глубиной расположения выработки от поверхности и ее размерами, величиной прочности массива горных пород, наличием трещиноватости и величины действующих на контуре напряжений. Поскольку выработка обнажает массив горных пород, то под устойчивым понимают такое обнажение, которое может длительное время находиться в равновесном состоянии, не обрушаясь, и обеспечивать без­опасное ведение горных работ. Обнажение считается неустойчи­вым, если сразу же после проходки или спустя некоторое время на нем появляются новые трещины, образуются вывалы отдель­ных кусков или обрушения кровли и боков. Это происходит в том случае, если действующее на обнажении напряжение превышает прочность горных пород.

В связи с наличием трещиноватости и тектонических трещин прочность массива горных пород обычно меньше, чем отдель­ного слагающего этот массив куска (структурного блока). С увеличением степени трещиноватости прочностные и дефор­мационные характеристики горного массива уменьшаются. Су­щественное влияние на эти характеристики оказывает также угол наклона трещин. Трещины обычно рассматриваются как поверхности ослабления, которые могут привести к возникновению в окрестности выработки так называемых областей предель­ного равновесия. Интенсивность трещиноватости может быть оценена величиной Н/b, где Н — линейный размер рассматри­ваемой области массива горных пород; b — средний размер структурного блока (куска). Коэффициент структурного ослаб­ления массива К_C может быть выражен отношением сцепления породы в массиве С_м к сцеплению в куске τ₀: .

Зависимость коэффициента структурного ослабления от интенсив­ности трещиноватости массива горных пород.

Кривая изменения прочно­сти известняка от длительности воз­действия нагрузки.

При исследованиях процессов разрушения массива, вмещаю­щего выработки, обычно используется также значение предела длительной прочности горных пород. В условиях длительного нагружения порода разрушается при нагрузках, меньших, чем при кратковременном нагружении. Для практических целей зна­чение предела длительной прочности породы на одноосное сжатие обычно принимают соответствующим сроку службы вы­работки по кривой ползучести. На рисунке показана кривая длительной прочности для известняка. Уменьшение прочности породы в результате увеличения длительности воздействия нагрузки характеризуется коэффициентом длительной прочности ξ равным отношению предела прочности на сжатие к пределу длительной прочности горной породы.

Для большинства испытанных пород коэффициент ξравен 0,6—0,83 (для пород, которые имеют пластические деформации перед разрушением). Значение коэффициента ξ рекомендуют также принимать: для пород с хрупким характером разрушения (граниты, кварциты, песчаники с кварцевым цементом и т. п.) ξ = 1÷0,7, а для пород, испытавших пластические деформации перед разруше­нием (песчанистые, углистые сланцы, известняки средней крепо­сти и т. п.), ξ = 0,7÷0,5.

Таким образом, пределы прочности массива горных пород на одноосное сжатие R_сжи растяжение R_р могут быть прибли­женно оценены выражениями: , , где σ_сж, σ_р — соответственно пределы прочности образца горной породы при одноосном сжатии и растяжении.

Запасы прочности боков n_б и кровли п_к горизонтальной вы­работки могут быть определены отношениями пределов проч­ности массива горных пород к величине действующих в нем напряжений:

; .

При R_сж ≥ σ_max и R_р ≥ σ_min контур выработки можно считать устойчивым, и, наоборот, при R_сж < σ_max и R_р < σ_min бока и кровля выработки являются неустойчивыми. Выработка не бу­дет требовать крепления, если запас устойчивости кровли и боков будет ориентировочно составлять n_к = n_б = 3÷5. Формула действительна для выработок с плоской кровлей; для сводчатой кровли К₂ = 0.

Для стенок вертикального ствола оценка устойчивости про­водится по предельной глубине Н_пр, начиная с которой породы переходят в неустойчивое состояние: .

де К₃ — коэффициент концентрации напряжений на контуре ствола.

Коэффициент К₃ по СНиП принимается на протяжен­ном участке ствола при проходке с помощью буровзрывных работ равным 3, на сопряжении с околоствольным двором К₃ = 6, а на расстояниях от 0 до 20 м от сопряжения К₃ опреде­ляется из выражения: К₃ = (6 ÷ 0,15)·z, где z— удаление участка ствола от сопряжения с другими вы­работками, м.

Оценка устойчивости контура незакрепленной выработки может быть также определена исходя из теории вероятности, где определение значения функции неразрушаемости приводится как разность значений предела прочности породы и действую­щих напряжений.