Основні гіпотези гірського тиску. Опорній тиск, зони знижених напруг
Горное давление. Горное давление – это силы (напряжения), возникающие в массиве пород, окружающих горную выработку. Проявляется: в виде прогиба кровли, вспучивания почвы, растрескивания, сдвижения, деформации и разрушения пород вокруг выработки, раздавливание и отжиме целиков угля, увеличения нагрузки на крепь, внезапных выбросах угля и газа, горных ударов и пр. Горное давление зависит от глубины расположения выработки, физико – механических свойств горных пород (трещиноватости, крепости, управляемости, обрушаемости и тд.), мощности и угла залегания пластов, размера поперечного сечения выработки, способов выемки угля, механической характеристики крепи и многих других параметров. Эффективность и безопасность горных работ в значительной степени зависят от характера проявления горного давления и от умения управлять им. Управление горным давлением (кровлей) – совокупность мероприятий по регулированию проявлений горного давления в призабойном пространстве очистной выработки и прилегающих к ней подготовительных выработок с целью обеспечения безопасности работ и необходимых производственных условий.
Гипотезы горного давления.
Горные породы в нетронутом массиве находятся в состоянии напряженного равновесия. При очистных работах равновесие в массиве нарушается и происходят сложные, многообразные не полностью изученные процессы. Имеется несколько гипотез (научных предположений) о проявлениях горного давления в зонах очистных работ.
Гипотеза консольных плит.
|
Условные обозначения
Основная кровля
Непосредственная кровля
Пласт угля
Призабойное пространство
Обрушенная непосредственная кровля
шаг обрушения кровли
Согласно этой гипотезе породы непосредственной кровли над призабойным пространством после первого обрушения рассматриваются, как консольная плита, опирающаяся на массив угля и удерживается от обрушения массивом угля, а также крепью выработки. Давление на крепь определяется массой консоли пород непосредственной кровли. Основная кровля опирается на нетронутый массив и обрушенную непосредственную кровлю, прогибается и обрушается на значительном расстоянии от забоя.
Гипотеза шарнирных блоков
|
Непосредственная кровля беспорядочно расслаивается и разрушается на мелкие куски, подбучивая основную кровлю. Основная кровля разрушается на крупные блоки, которые поворачиваются в «шарнирах» без выпадания отдельных частей, укладываются на обрушенные породы непосредственной кровли.
Опорное давление. Зоны пониженных напряжений.
При разработке пласта длинными забоями с обрушением пород кровли происходит перераспределение напряжений в породах кровли и образования вблизи контура выработанной площади краевых зон, находящихся под действием опорного давления. Опорное давление – это повышенное (по сравнению с первоначальным, существовавшим до разработки пласта) давление нависающих пород, действующее по опорному контуру обнажения. Опорное давление действует перпендикулярно к пласту.
I – ниже откаточного и выше вентиляционного штреков -зона постоянного (повышенного) опорного давления, шириной 15-50м. Iа – впереди очистного забоя – зона временного опорного давления шириной 20-50м, перемещается с подвиганием очистного забоя. Iб – зона опорного давления в пределах выработанного пространства. Зона II – не затронута сдвижением, напряжение не претерпели изменений. Зона II – зона пониженных напряжений – над призабойным пространством, в зоне раздавливания угля впереди очистного забоя и около подготовительных выработок.
|
Характер распределения опорного давления.
Проявление горного давления в очистных и подготовительных выработках.
|
|
|
|
|
Усиленное давление на крепь подготовительных и очистных выработок, поломка крепи, вывалы породы, пучение почвы, раздавливание массива угля и пр.
классификация крепей, требования к крепи очистных выработок
Крепь — искусственное сооружение, возводимое для предотвращения возможности обрушения окружающих горных пород в горных выработках, а также при строительствешахт, тоннелей и метрополитенов и др. подземных объектов. Конструкция крепи зависит от площади и формы поперечного сечения горной выработки, величины и характерагорного давления, срока службы и других факторов.
Виды крепи
По сроку службы
Различают временную и постоянную крепь. В связи с тем, что при проведении капитальных выработок возведение постоянной крепи вслед за подвиганием забоямешает работам по выемке и погрузке породы, на участке длиной 40—60 м устанавливается временная крепь, а затем она заменяется постоянной.
Как правило, временная крепь выполняется в виде деревянных или инвентарных облегченных металлических рам. Наружным очертанием временной крепи считается верхняя граница марчеван.
По материалу
Крепи подразделяют на деревянную, металлическую (из стали, легких сплавов), анкерную, каменную (из естественных и искусственных камней), бетонную, железобетонную(монолитную, из отдельных блоков или элементов ), смешанную (комбинированную).
Деревянную крепь в основном применяют в выработках небольшого сечения и с небольшим сроком службы.
Разновидностями бетонной крепи являются: торкрет (заполнитель цементного раствора имеет крупность 0—8 мм); набрызг-бетон (заполнитель цементного раствора имеет крупность 10—25 мм) и тюбинговая — крепь из составных частей (бетонных или металлических), связанных между собой болтами или другим крепежом.
Анкерная крепь использует породу слоёв за контуром выработки для удержания породы по контуру выработки, поэтому ее применение позволяет сократить металлоемкость крепления при повышении темпов проходки; однако возможно только при проходке тоннелей в скальных и полускальных породах, устойчивых и средней устойчивости; в более слабых породах анкерную крепь применяют совместно с набрызг-бетонном или металлической арочной крепью.
По форме сечения выработки
Различают трапециевидную, арочную (замкнутую и незамкнутую), кольцевую, эллиптическую, полигональную. Это, как правило, рамная крепь, состоящая из отдельных крепежных рам, устанавливаемых в выработке на некотором расстоянии одна от другой. Кровля и бока выработки в промежутках между рамами закрепляются затяжками. От продольного смещения рамы удерживаются рошпанами, представляющими собой поперечину, соединяющую соседние рамы. Это придает конструкции жесткость истабильность.
По характеру работы
В зависимости от способа соединения элементов крепи подразделяются на жесткие, шарнирные, податливые и комбинированные.
Податливые крепи выполняются из спецпрофиля (например, СВП-профиля) и способны сокращать поперечное сечение выработки под действием горного давления без нарушения работоспособности конструкции. Податливость достигается за счёт скольжения элементов крепи в местах их соединения. Установка такой крепи выполняется обычно вручную. Использование специальной техники в настоящее время позволяет лишь ненамного повысить производительность труда, что не оправдывает стоимостьустройства такой крепи.