Понятие о горном давлении. Влияние горного давления на вертикальные и горизонтальные горные выработки, страница 2

Период вторичного, или установившегося, горного дав­ления начинается с момента образования свода естествен­ного равновесия и характери­зует новое равновесное состоя­ние горных пород. В этот пе­риод нарастание горного дав­ления прекращается, и крепь испытывает давление только той части породы, которая заключена внутри свода естественного рав­новесия.

Согласно гипотезе проф. М. М. Протодьяконова, высота свода определяется но формуле

, м,

где а — полупролет свода, м;

f — коэффициент крепости пород кровли по классификации проф. М. М. Протодьяконова.

Площадь параболического свода (рис. 1) определяется по фор­муле

, м².

Величина установившегося горного давления на 1 м горизон­тальной выработки

, тс/м,

где у — объемный вес пород свода, тс/м³.

В породах связных, полускальных и скальных f соответствует коэффициенту крепости пород.

Рассчитанная по этой формуле величина горного давления соответствует действительной лишь при залегании в кровле выработки пород несвязных. В породах связных результаты давления на крепь, полученные по формуле, будут несколько завышенными.

Кроме гипотезы проф. М. М. Протодьяконова есть гипотезы горного давления на крепь горизонтальных выработок Н. М. Покровского, В. Д. Слесарева, К. В. Руппенейта, Ю. М. Либермана и др.

При подсчете величин горного давления по этим гипотезам получаются большие расхождения в данных нагрузки на крепь.

При проектировании горных работ чаще всего принимают конструктивные параметры крепи горизонтальных выработок, основываясь на данных практики.

Наклонные выработки по проявлению горного давления занимают промежуточное положение между горизонтальными и вертикальными выработками. Для определения величины горного давления в наклонных выработках могут быть использованы методы, применяющиеся для горизонтальных выработок. В зависимости от характера пород первоначально определяют величину горного давления P, действующую по вертикали, а затем с учетом угла наклона выработки а раскладывается на две составляющие силы: нормальную N, направленную к продольной оси выработки, и тангенциальную Т, параллельную ей.

Нормальная составляющая N=P*cosα непосредственно воздействует на крепь и определяет ее необходимую прочность.

Тангенциальная составляющая Т= P*sinα и стремится сдвинуть крепь вниз по падению и опрокинуть ее, т. е. влияет на устойчивость крепи. Тангенциальная составляющая горного давления вызывает сдвижение пород кровли, частично воспринимаемое крепыш, в которой возникают дополнительные напряжения к имеющимся от нормальной составляющей давления.

При углах наклона выработки α<45⁰ для расчетов можно принимать нагрузку

N=P* cos 45⁰.

При углах наклона α>70 — 8О⁰ крепь можно рассчитывать как для вертикальных выработок.

Рудничная крепь — это искусственное сооружение, возводимое в подземных горных выработках для предотвращения обрушений окружающих пород, сохранения необходимых форм и размеров.

Материал и конструкцию крепи выбирают в зависимости от вели­чины и направления горного давления, размеров выработки и срока службы. В капитальных выработках с большим сроком службы и установившимся горным давлением применяют жесткую крепь, а в подготовительных выработках с небольшим сроком службы и неустановившимся горным давлением — податливую.

Горизонтальные горные выработки крепят деревянной крепью при сроке службы их до 2 лет; крепью из консервированного леса можно крепить выработки со сроком службы 5—6 лет. Деревянную крепь рекомендуется применять в условиях установившегося или умеренного горного давления, когда нет необходимости ее извлече­ния для повторного использования.

Рис.2. Конструкции деревянной крепи горизонтальных горных выработок.

Основной конструкцией деревянной крепи является крепежная рама трапециевидной (рис. 2, а) или прямоугольной формы, состоя­щая из верхняка 1 и двух стоек 2.

В выработках со слабой или пучащейся почвой крепежные рамы усиливают лежнями 3, в этом случае крепежная рама называется полной (рис. 2, б).

При большом горном давлении обычную крепь усиливают отдель­ными конструктивными элементами или целыми многоугольными конструкциями (рис. 2, в, г). Это значительно уменьшает сечение выработки и требует большого расхода леса и значительных затрат труда, поэтому применение такой крепи очень ограничено.

Рамы устанавливают вплотную друг к другу при малоустойчи­вых породах (сплошная крепь) или через 0,5—1 м (вразбежку) В последнем случае для предупреждения вывалов кусков породы промежутки между рамами перекрывают затяжками из обаполов, распила или накатника.

Элементы крепежной рамы соединяют между собой различными замками (рис. 3): а—в лапу, б—в паз, в—в шип и г— встык. Наиболее часто переклад со стойками соединяют в лапу. Соединение очень простое, придает крепи необходимую прочность и устойчи­вость.

Рис. 3. Конструкции замков деревянной крепи.

Деревянные крепежные рамы являются жесткими конструкциями. Для придания им некоторой податливости нижние концы стоек заостряют. Под действием горного давления заостренные концы стоек сминаются, и рама крепи несколько оседает, не разрушаясь. Величина податливости не должна превышать 10—15 см.

В настоящее время для крепления горных выработок наиболь­шее распространение получили трапециевидные, арочные и кольце­вые металлические крепи, которые могут быть жесткими, шарнир­ными и податливыми.

При интенсивном проявлении горного давления для крепления выработки целесообразно применять податливую крепь, а при уста­новившемся горном давлении — жесткую. Шарнирную крепь при­меняют при косонаправленном давлении. В этом случае крепь может изменить свою геометрическую форму в соответствии с вели­чиной и направлением горного давления.