5.3. Поддержание выработанного пространства целиками. Формы целиков.

В общем случае основным назначением любых целиков является предотвращение развития недопустимых деформаций в массиве окружающих пород и предотвращение увеличения размеров зон разрушения.

Для поддержания очистных пространств, предохранения подготовительных выработок, а также для исключения влияния очистных работ на соседних участках оставляют опорные целики. Это наиболее массовый вид целиков, срок их существования обычно составляет несколько лет, т. е. соизмерим с периодом отработки отдельных участков, блоков или камер. По своему местонахождению различают целики междукамерные, междублоковые, междуэтажные, панельные, барьерные и др.

Опорные целики фактически являются несущими конструкциями, они должны оставляться для поддержания от обрушения части или всего массива, подработанного очистными выработками.

Все многообразие пространственных схем расположения опорных целиков, встречающихся при разработке пластовых и рудных месторождений, может быть сведено к следующим основным случаям:

а) неограниченная периодическая последовательность одинаковых по своим размерам и формам междукамерных, околоштрековых и других целиков;

б) неограниченная периодическая последовательность целиков различных размеров и формы;

в) бессистемное расположение целиков различных размеров и конфигурации;

г) одиночные целики различных параметров.

По конфигурации горизонтальных сечений различают целики ленточные и столбчатые (рис. 5.8).

Рис. 5.8. Схемы поддержания очистных пространств с помощью ленточных (а) и столбчатых (б) целиков.

Конфигурация горизонтальных сечений определяет условия работы целиков. В частности, ленточные целики работают в условиях плоской деформации, в то время как столбчатые целики – в условиях одноосного сжатия. Эти особенности должны учитываться при определении устойчивых размеров целиков.

Поперечные сечения столбчатых целиков может быть круговым, эллиптическим, квадратным, прямоугольным, неправильным.

По строению целики бывают однородные, слоистые, составные (состоящие из отдельных частей, ориентированных в направлениях, близких к нормальной оси целика) и сложные.

Условия работы целиков определяются рядом факторов, основные из них:

• глубина разработки;

• мощность и угол падения отрабатываемого месторождения;

• напряжённо-деформированное состояние массива вышележащей толщи и окружающих пород;

• общие размеры и конфигурация выработанного пространства;

• размеры и форма целиков;

• деформационно-прочностные характеристики массива пород, слагающих целик;

• характер контактов массива пород целика с вмещающим массивом;

• наличие или отсутствие дополнительных динамических воздействий и др.

При этом первые пять из упомянутых факторов определяют величины основных нагрузок, которые действуют на целики, а следующие два – характер реакции целиков на прилагаемые нагрузки.

При поддержании выработанного пространства целиками совместная работа элементов системы разработки «почва-целик-кровля» зависит от устойчивости (прочности), характера деформирования и разрушения каждого из указанных элементов.

В случае прочных целиков и слабых пород почвы и/или кровли по мере увеличения площади подработки целики могут вдавливаться (как жёсткие штампы) в окружающий массив пород, что сопровождается разрушением кровли камер и пучением почвы.

Если целики сложены недостаточно прочными и неоднородными породами (при наличии прослоев слабых пород, интенсивной трещиноватости и др. ослабляющих факторов), может наблюдаться постепенное деформирование целиков.

При взаимном соответствии упругих характеристик каждого из элементов системы «почва-целик-кровля» вся система может деформироваться совместно как единое целое. Обычно подобным условиям отвечают массивные целики, параметры которых превышают размеры среднего структурного блока, обусловленного естественной трещиноватостью, в 5-10 раз.

Устойчивость любых целиков во многом зависит от наличия слабых прослоев на контактах целиков с вмещающими породами, так как возникающие вдоль этих прослоев напряжения способствуют нарушению сцепления пород по контакту и более быстрому разрушению целиков. Особенно это характерно для случаев разработки наклонных залежей.

Существуют два основных режима нагружения и деформирования целиков: