Естественное поле напряжений массива – гравитационно-тектоническое

Вертикальные выработки.

Как следует из общих закономерностей распределения напряжений вокруг выработок, в неравно-компонентном поле напряжений (s1;s2) вообще, а при действии тектонических напряжений s1=sТ, в частности, наиболее устойчивой формой поперечного сечения является эллиптическая. Об этом, в частности, свидетельствуют типичные формы сечений вертикальных выработок (рудоспусков) Центрального рудника ОАО «Апатит» после нескольких лет эксплуатации (рис.3.20).

Рис. 3.20. Типичная форма сечения вертикальной выработки (рудоспуска) в условиях неравнокомпонентного поля напряжений (Рудник «Центральный» ОАО «Апатит»)

При этом длинная ось эллипса должна быть ориентирована параллельно вектору напряжения sТ. Для создания равномерного распределения напряжений по всему контуру выработки соотношение большой и малой полуосей эллипса (a и b) должно быть a/b=s1/s2.

Горизонтальные выработки.

В условиях действия в массиве тектонических напряжений s1=sТ, существенно превышающих гравитационные напряжения, важную роль играет ориентация капитальных и подготовительных выработок, рассчитанных на длительный срок службы. Их рационально ориентировать в направлении, наиболее близком к направлению действия тектонических сил. В этом случае нормальные напряжения на контуре распределяются более равномерно по периметру выработки (рис. 3.21) и в направлении, нормальном к продольной оси выработки, составляют около 0,7 s1, а в направлении, совпадающем с осью выработки, равны s1.

Естественное поле напряжений массива – гравитационно-тектоническое - student2.ru

Рис 3.21. Распределение напряжений на контуре горизонтальных выработок, пройденных по направлению действия горизонтальных тектонических сил (а) и перпендикулярно к этому направлению (б).

s1—горизонтальные тектонические силы; sq —тангенциальные напряжения sn— напряжения, направление которых параллельно оси выработки.

Если же горизонтальные выработки по условиям технологии невозможно расположить в оптимальном направлении, то им целесообразно придавать шатровую форму свода (рис. 3.22), которая наиболее устойчива вследствие уменьшения размеров зоны хрупкого разрушения пород на контуре. Параметры расчетного контура сечения определяются соотношениями: m = (0,10 - 0,15)d; r = 0,75d, d' = 0,9d.



 
  Естественное поле напряжений массива – гравитационно-тектоническое - student2.ru

Естественное поле напряжений массива – гравитационно-тектоническое - student2.ru

Рис 3.22. Шатровая форма свода горизонтальной выработки

а — общий вид, б — схема построения расчетного контура сечения

Вообще сводчатые выработки в условиях неравно компонентного поля напряжений относительно более устойчивы, когда наибольший размер выработки расположен вдоль действия s1=sТ. Однако, выбор устойчивых форм поперечных сечений горизонтальных выработок необходимо производить с учётом направления действия sТ (рис.3.22). В частности, при субгоризонтальном направлении sТболее устойчивы выработки с шириной больше высоты и с уменьшенным подъёмом свода, а также с шатровой формой поперечных сечений (рис. 3.23 а,в). При наклонном направлении sТболее устойчивы выработки со скошенным сопряжением кровли и стенки или со смещённым положением шатровой кровли (рис. 3.23 б,г).

Естественное поле напряжений массива – гравитационно-тектоническое - student2.ru Рис. 3.23. Устойчивые формы поперечного сечения выработок при горизонтальном и наклонном направлении действия максимальных напряжений.

а – плоская кровля; б – кровля со скошенным сопряжением кровли со стенкой ; шатровая; г – кровля со смещённым шатром.

При субвертикальном направлении sТцелесообразно применять формы поперечного сечения, показанные на рис. 3.24.

Естественное поле напряжений массива – гравитационно-тектоническое - student2.ru Рис.3.24. Устойчивая форма сечения выработки при субвертикальном действии максимальных напряжений.

При сбойке пересекающихся выработок места сбойки необходимо назначать в наименее напряженных зонах (рис. 3.25).

Естественное поле напряжений массива – гравитационно-тектоническое - student2.ru

Рис 3.25. Условия сбойки пересекающихся выработок

а и б — рекомендуемые варианты, в — неблагоприятный вариант; 1 — горные выработки, 2 — контур зоны повышенных напряжений

При этом в зависимости от соотношения конкретных величин действующих напряжений и прочностных характеристик массива пород в выработках могут иметь место различные типы проявлений горного давления – статические или динамические.

Всё изложенное позволяет сделать общий вывод о том, что весьма эффективным средством управления состоянием массива пород вокруг вертикальных и горизонтальных выработок является выбор оптимальной формы их поперечного сечения и оптимальная ориентация сечений и самих выработок в пространстве.

Наши рекомендации