Розділ 2: Процеси гірничого виробництва

Тема 10: Загальні відомості про гірський тиск

План заняття

1.Загальні відомості про гірському тиску, його види.

2.Теорія зводу проф. М.М.Протодьяконова.

3.Прояв гірського тиску у виробках.

4.Рішення задач по визначенню величини гірського тиску.

1.Загальні відомості про гірському тиску, його види.

У незайманому гірничими роботами масиві породи знаходяться в рівноважному напруженому стані. При проведенні виробки на деякій глибині від земної поверхні рівноважний стан порід порушується, при цьому змінюється їх напружений стан. В результаті виникають сили, під впливом яких відбуваються деформації і зміщення порід. Ці процеси протікають до тих пір, поки рівновага не відновиться.

Сили, що виникають в масиві, що оточує гірничу виробку, називаються гірським тиском. Гірський тиск проявляється в прогині порід покрівлі, подиманні підошви, появі тріщин в бокових породах, деформації кріплення, віджиманні вугілля з поверхні ціликів, вибоїв, руйнуванні стінок виробок та ін. Особливими формами прояву гірського тиску є гірські удари, раптові викиди вугілля і газу або породи і газу.

Розрізняють гірничий тиск первинний, усталений, несталий, вертикальний і боковий. Первинний тиск викликан перерозподілом напружень в масиві гірських порід при проведенні виробок. Сталий тиск не змінюється з плином часу. Несталий тиск змінюється з плином часу внаслідок ведення гірських робіт, повзучості порід та інших причин.

Щоб не допускати руйнування виробок і створити безпечні умови роботи в них, застосовують гірське кріплення, яке сприймає тиск оточуючих порід. Для більш успішної протидії гірському тиску поперечним перерізом гірничих виробок надають круглу, еліптичну форму.

2.Теорія зводу проф. М.М.Протодьяконова.

Мал. 1 - Схеми до визначення гірського тиску на горизонтальну виробку

Проф. М. М. Протодьяконов на підставі багаторічних досліджень і узагальнення існуючих в той час гіпотез розробив теорію гірського тиску, що отримала назву гіпотези зводу природної рівноваги. Теорія ця до теперішнього часу не втратила свого значення. Суть її зводиться до того, що після проведення гірничої виробки над нею утворюється деякий звід, за межами якого порода залишається непорушеною і тиск на кріплення надають лише породи, які знаходяться всередині зводу. Цей звід М. М. Протодьяконов назвав зводом природної рівноваги порід (мал. 1). Висота зводу визначається за формулою:

b=a/f,

де а -половина ширини виробки в проходці, м;

f - коефіцієнт міцності порід за шкалою проф. М. М. Протодьяконова.

Для виробок з терміном служби більше одного року М. М. Протодьяконов рекомендував висоту зводу визначати за формулою:

b = 2 * a / f

Гірський тиск порід зазвичай проявляється не відразу після проведення виробок. У міру руйнування прилеглих до виробки порід тиск їх поступово зростає, досягаючи найвищої величини до моменту утворення зводу природної рівноваги. Це тиск називають первинним гірським тиском.

Розрізняють ще вторинний гірничий тиск. Це тиск, викликаний посадкою основної покрівлі. Вторинний тиск проявляється в очисних вибоях періодично, через 6-45 м, і викликає додаткове зміщення покрівлі, розвиток тріщинуватості.

На величину гірського тиску і характер його прояву впливають багато факторів, в тому числі: фізико-механічні властивості гірських порід, форма і розміри поперечного перерізу виробок, глибина розташування їх від земної поверхні, термін служби виробок, швидкість і спосіб їх проведення, тип і матеріал кріплення, наявність поблизу інших гірських виробок (особливо для очисних), вибухові роботи, прийнята система розробки і т. д. особливо великий вплив на прояв гірського тиску надає наявність у вугільних пластах і породах, що вміщають кліваж і тріщини. Величина вертикального гірського тиску в горизонтальних виробках дорівнює масі породи, укладеної в звід, і визначається за формулами:

на 1 м довжин виробки

на одну кріпильну раму

де: а - половина ширини виробки в проходці, м;

ɣк - щільність порід покрівлі, т / м3;

f - коефіцієнт міцності порід за шкалою проф. Протод'яконова;

l - відстань між кріпильними рамами, м.

При терміні служби виробки більш одного року тиск на 1 м довжини виробки:

на одну кріпильну раму:

3.Прояв гірського тиску у виробках.

Над похилою виробкою, як і над горизонтальною, утворюється звід природної рівноваги. На кріплення будуть тиснути породи, укладені у звід, але з урахуванням кута нахилу виробки.

Мал. 2 - Схема до визначення гірського тиску в похилій виробці

Величина вертикального гірського тиску Р розкладається на дві складові: 1) нормальну N, перпендикулярну до осі виробки, і 2) тангенціальну Т, спрямовану паралельно осі виробки (мал. 2). Величина вертикального гірського тиску Р визначається так само, як і для горизонтальної виробки за формулами (1) і (2), а величина складових

N = P cos а; Т = Р sin а,

де а - кут нахилу виробки, градус.

Кріпильні рами в похилих виробках встановлюють в площині, перпендикулярній до осі виробки. Тому при розрахунку кріплення основної розрахункової величиною є нормальна складова N. Тангенціальная складова Т прагне зрушити кріплення вниз, тому вона використовується для розрахунку елементів міжрамних зв'язків (розпірок, стяжок). При кутах нахилу виробок 0-45 ° в розрахунках приймається дійсний кут, при кутах 45-75 ° - кут 45 °. Тоді N-P cos 45 ° = 0,7Р.

При кутах нахилу понад 75 ° тиск рекомендується визначати, як для вертикальних виробок.

4.Рішення задач по визначенню величини гірського тиску.

НА ПОЧАТОК