10. Общие сведения о геомеханических процессах в породных массивах

Производство горных работ, в частности строительство горных выработок , сопровождается нарушением естественного (начального) напряженно-деформированного состояния породных массивов. В результате происходит перераспределение напряжений и деформаций в окрестности поверхностей обнажений (стенки выработки, борта карьера и т.д.). Следствием нарушения естественного напряженно-деформированного состояния являются механические процессы, которые приводят к формированию нового равновесного напряженно-деформированного состояния массивов. Образуется новое поле напряжений, которое отличается от начального концентрацией напряжений вблизи поверхностей обнажения.

12 .Концентрация напряжений в окрестности горных выработок

На величину концентрации напряжений влияет форма выработки: камерные выработки, имеющие соизмеримые размеры по трем направлениям, или протяженные выработки, размеры которых по продольной оси намного больше поперечных размеров. Наибольшее влияние оказывает форма поперечного сечения. Имеет значение так же пространственная ориентация выработок в породном массиве относительно поверхности земли (верт., гориз., наклонные выработки) Концентрация напряжений в поперечных сечениях протяженной выработки зависит от близости рассматриваемых сечений к забою выработки. Существенным образом влияют на концентрацию напряжений деформационные свойства пород и распределение их в массиве (анизотропия и неоднородность массива).

Максимальная концентрация напряжений имеет место на контуре выработки или смещена вглубь массива, если породы вблизи контура имеют повышенную деформируемость по сравнению с остальным массивом, что наблюдается, например, в окрестности выработок, сооружаемых буровзрывным способом. Концентрация напряжений быстро затухает по мере удаления вглубь массива от контура выработки. Размеры зоны влияния, охваченной концентрацией напряжений, зависят от размеров поперечного сечения выработки.

Установившемуся полю напряжений в окрестности выработки соответствует поле перемещений. Максимальные перемещения породного массива в направлении выработанного пространства наблюдаются на контуре и также быстро затухают вглубь породного массива, как и концентрация напряжений.

В зависимости от особенностей деформирования различных горных пород за пределом прочности механические процессы, связанные с разрушением, могут реализоваться в виде пластического течения или в виде хрупкого разрушения.

Концентрация напряжений в областях частичного и полного разрушения падает, и максимум концентрации перемещается вглубь массива в область неразрушенных пород. Между этими зонами породного массива не существует четко выраженной границы, хотя на ее положение ориентировочно указывает максимум концентрации напряжений.

При наличии крепи в выработке концентрация напряжений вокруг выработки несколько снижается . а зоны разрушения пород, если появляются, имеют ограниченные размеры м развиваются медленнее.

Основные условия равновесия откосов в раздельнозернистых и связных породах.

Откос открытой горной выработки или отвала может находиться под воздействием поверхостных(нагрузки от горного или траспортного оборудования, породных отвалов, сооружений) и объёмных сил(сила тяжести, сила гидростатического давления подземных вод, сейсмические силы).

В общем случае условие устойчивости породных откосов может быть сформулировано как:

где Fуд — удерживающая сила(в большей степени внутреннее трение и сцепление пород), а Fсдв — сдвигающая сила(в большей степени сила тяжести).

Характеристикой внутреннего трения является угол внутреннего трения φ, а сцепления коэффициент сцепления c.

Для раздельнозернистых пород φ не равен нолю,а c=0.

Для связных пород φ, и c не равны нолю.

Условие равновесия раздельнозернистых пород — α < или = φ

где α — угол откоса, а φ — угол внутреннего трения породы. Такой угол α назавается угол естественного откоса и равен 28-38 градусов.

Условие равновесия связных пород сводится к равенству —