книги / Расчет крепи капитальных горных выработок

У казанное противоречие успешно преодолевается на современном этапе развития теории расчета крепи. Наиболее отчетливо это видно на примере совместного расчета крепи с массивом пород, в котором расчет крепи составляет одно целое с расчетом проявлений горного давления.

Таким образом, на современном этапе меняются не только ме­ тоды, но и содержание теории расчета крепи, при этом можно про­ следить два одновременно протекающих процесса — дифференциа­ ции и интеграции. С одной стороны, благодаря специфике методов расчета подземных сооружений, теория расчета крепи все более обо­ собляется от строительной механики наземных зданий и сооружений. С другой стороны, расчет крепи все более тесно связывается с расче­ том устойчивости пород, окружающих выработки, и с расчетом взаимодействия пород с крепью.

По существу мы являемся свидетелями формирования новой научной дисциплины, которой более всего подходит название «строи­ тельная механика подземных сооружений». Можно предложить следующее ее определение. Строительная механика подземных со­ оружений — это практическая инженерная дисциплина, разрабаты­ вающая методы расчета устойчивости пород, взаимодействия пород с крепыо выработок и методы прочностного расчета самой крепи.

Книгу можно рассматривать как попытку изложения комплекса вопросов, составляющих предмет строительной механики подземных сооружений (в их взаимосвязи), хотя основное внимание уделено

Авторы приносят благодарность проф. К. В. Руппенейту, сдела­ вшему ряд ценных замечаний по рукописи, способствовавших повы­ шению ее качества.

/ — коэффициент крепости пород по М. М. Протодьяконову:

/* — коэффициент трения на контакте крепи и пород.

Нагрузка на крепь

р, q — нормальная и касательная к поверхности крепи нагрузка, тс/м2;

Pmaxi Pmin — экстремальные значения нагрузок, тс/м2; 0 — полярный угол; рв — гидростатическое давление, тс/м2;

рКр — критическое давление, тс/м2; Рпт — распределенная нормальная к поверхности крепи нагрузка, тс/м2;

Ради Тпт — нагрузка на крепь, приведенная к нормальному и касательному

ипород, см;

Хппп Ynm — проекции внутренних сил в узле на оси хт и ут , тс; Л/, Мпп1 — изгибающий момент, тем;

N, N nm — нормальная сила, тс; Q — перерезывающая сила;

Uпт, Vnm — проекции перемещений узла п на оси хт и ут, см; ерпт — угол поворота л-го элемента крепи, градус.

Индексы

п — число слоев многослойной крепи (п = 2, 3, . . .);

i — номер промежуточного слоя и промежуточного контакта между слоями

Г л а в а I

УСТОЙЧИВОСТЬ ПОРОД, ОКРУЖАЮЩИХ ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ,

ИВЫБОР ТИПА КРЕПИ

§1. ФОРМЫ ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ

ИСВОЙСТВА ПОРОД

Под устойчивостью горных пород понимается их свойство образо­ вывать устойчивые обнажения при проведении горных выработок.

Устойчивым считается такое состояние обнаженного незакреплен­ ного участка массива пород, при котором в течение необходимого по условиям производства периода времени не происходит обрушения или сползания пород, а смещение обнаженной поверхности или ее части не выходит за допустимые пределы. Устойчивость обнажения может быть как кратковременной, так и длительной.

вблизи обнажений и определяет их устойчивость.

в кровле и реже — в боках выработки под действием собственного веса обрушающихся пород, который превышает сопротивление их отделению от массива. Вторая форма — предшествующее обрушению разрушение пород в зонах концентрации напряжений, вызванных весом всей вышележащей толщи. Разрушение пород начинается обычно в боках выработки. Одним из признаков второй формы потери устойчивости является разрушение и смещение пород не толью кровли и боков, но и подошвы выработки. В пластичных породах потеря устойчивости проявляется иногда в чрезмерных смещениях поверхности выработки без видимого разрушения пород в результате их пластических деформаций (третья форма).

Устойчивость пород определяется их механическими свойствами: прочностью, пластичностью, ползучестью, а также строением и нарушенностыо массива.

Прочность пород «в куске». Прочность слагающих массив струк­ турных элементов зависит от минерального состава пород, в том числе — от типа и состава цемента в обломочных породах, от формы и расположения частиц и от вторичных изменений пород на различных

явления способствуют раскрытию естественных трещин и их отклоне­ нию от первоначального положения. Густота естественных трещин зависит от мощности слоев, глубины, прочности пород на одноосное сжатие. Наибольшая густота трещиноватости наблюдается в глини­ стых породах, особенно содержащих углистый материал. Несколько пониженная трещиноватость встречается в аргиллитах на высоких стадиях метаморфизма, а также в аргиллитах с равномерно распреде­ ленной примесью карбоната в объеме более 10%.

В алевролитах часто встречается косая слоистость, что обусло­ вливает их способность расслаиваться сразу по двум направлениям. Расстояние между трещинами в алевролитах с глинистым цементом близко к мощности слоев, а с известковистым цементом — во много раз превосходит мощность слоев (пластовой отдельности).

Рис. 1. Зависимость коэффициента структурного ослабления от отно­ сительной густоты трещин при кубической отдельности

Впесчаниках также часто встречается косая слоистость. Расстоя­ ние между трещинами в большинстве случаев в 1—3 раза превышает мощность слоев и зависит от крупности зерен обломочного материала.

Визвестняках расстояние между трещинами обычно в 2—10 раз превышает мощность пластовой отдельности.

Тектонические трещины отличаются от естественных как по ориен­ тировке, которая определяется направлением действовавших усилий, так и по характеру поверхностей. Поверхности тектонических тре­

щин покрыты бороздами, указывающими направление смещений. В аргиллитах образуются зеркала скольжения. Густота трещин увеличивается с приближением к основному тектоническому нару­ шению.

Густота трещин, возникших в окружающих выработку породах под влиянием взрывных работ, и протяженность зоны трещинова­ тости в глубь массива зависят от прочности пород, ориентировки выработки относительно простирания пород, типа ВВ и, наконец, от паспорта буровзрывных работ [47, 93]. В работе П. Я. Таранова и др. [163] приведены результаты исследований искусственной тре­ щиноватости в выработках околоствольного двора шахты «Октябрь­ ский рудник» в Донбассе (табл. 2).

in