Производственные процессы добычи руды, страница 18

К горнотехническим факторам относятся: способ поддержания выработанного пространства и система разработки, размеры и скорость подвигания проходческих и очистных забоев, ориентация и форма выработок относительно поля напряжений и структурных особенностей массива, способы крепления и т.д.

Проблема управления горным давлением сводится к установлению влияния горнотехнических решений на величину напряженного состояния горных пород в зависимости от сочетания горно-геологических и геомеханических условий (природных факторов). Она сводится к поддержанию и сохранению выработанного пространства в безопасном для работающих людей и горной техники состоянии.

6.2. Прогнозирование напряженно-деформированного

состояния горного массива

6.2.1. Напряженное состояние нетронутого массива

Нетронутым, или ненарушенным, принято считать массив горных пород, напряженное состояние которого определяется только естественными природными условиями. Тензор напряжений при этом определяется, как совокупность гравитационных и тектонических напряжений:

,

(6.1)

где: σ_г – совокупность гравитационных напряжений;

,

(6.2)

σ₁ – вертикальные напряжения;

,

(6.3)

σ₂, σ₃ – горизонтальные напряжения;

,

(6.4)

µ – коэффициент поперечных деформаций (Пуассона);

,

(6.5)

ε_┴, ε_II  – соответственно, поперечные и продольные деформации;

 – коэффициент бокового распора по А.Н. Диннику;

,

(6.6)

σ_т, – тектонические (горизонтальные) напряжения;

λ_д – коэффициент бокового давления (равен отношению средней величины тектонических напряжений по двум горизонтальным направлениям к вертикальным напряжениям).

Необходимо различать коэффициент бокового распора и коэффициент бокового давления. Коэффициент бокового распора всегда меньше единицы и зависит только от коэффициента Пуассона. Коэффициент бокового давления может быть больше и меньше единицы в зависимости от уровня тектонических напряжений. Эти коэффициенты равны, когда горизонтальная составляющая напряжений создается только за счет вертикального давления пород.

В тектонически-активных районах существенную роль играют силы тектонического происхождения, связанные с остаточными напряжениями или современными взаимными перемещениями участков земной коры. В основном это относится к районам с развитой тектоникой. Чаще эти силы действуют в горизонтальном направлении и превышают вертикальную составляющую в 2-5 раз.

Многие осадочные породы в процессе геологических изменений приобретают при большом вертикальном давлении пластические свойства. В этих случая коэффициент бокового распора стремится к единице. Это говорит о том, что действующие в массиве горизонтальные напряжения становятся равными вертикальной составляющей, т.е. в вертикальном и горизонтальных направлениях давление в массиве одинаковое и равно γН. Последнее свидетельствует о гидростатическом (равнокомпонентном) распределение природных напряжений в массиве.

6.2.2. Опорное давление вокруг выработок

Изучение вопросов распределения напряжений вокруг выработок является одной из основных и важнейших задач геомеханики, так как они непосредственно связаны с устойчивостью горных выработок и с решением ряда практических задач в области их крепления.

Как было отмечено выше, проведение выработки в массиве нарушает в некоторой области, окружающей выработку, первоначальное исходное поле напряжений. В результате этого вокруг выработки формируется опорное давление.

Опорное давление – это повышенное (по сравнению с первоначальным, существовавшим до проведения выработки) вертикальное давление покрывающих пород, возникающее в близи горных выработок вследствие перераспределения исходных напряжений.

Высокая концентрация полей напряжений при сооружении горной выработки формируется не только сверху, но также с боков и даже снизу, как правило, за счет упругих характеристик пород (коэффициента Пуассона). В результате окружающие выработку породы начинают воспринимать объемный вес вышележащей толщи пород.