Факторы влияющие на степень горного давления.

В массиве горной породы находятся в напряженном состоянии под действием силы тяжести (давления) вышележащих пород, иногда и горизонтальных напряжений (в основном тектонические). До проведения выработок в массиве существует равновесие (массив неподвижен).

При проведении выработок равновесие пород в массиве нарушается. Возникают деформации, смещения, разрушение.

Силы, проявляющиеся в массиве пород после проведения выработок и вызывающие деформацию горных пород вокруг выработок называются горным давлением. На степень горного давление влияют как природные, так и технические факторы:

Природные факторы:

- Глубина залегания рудного тела, которое в прямой пропорции увеличивает вес налегающих пород;

- Тектонические силы;

- Физико-механические свойства пород (прочность, трещиноватость и т.д.);

Технические факторы:

- Размер и форма обнажений. С увеличением обнажений возрастает необходимость в поддержании выработанного пространства.

- Расстояние между выработками или ширина целиков;

- Способы образования выработок. Наиболее благоприятен гладкий контур;

- Интенсивность разработки в зоне повышенного горного давления. Важно завершить работу раньше, чем наступит стадия прогрессирующей ползучести, и скорость деформации достигнет критической величины.

- Порядок разработки д.б. таким, чтобы обеспечивалось наименьшее число целиков, подвергнутых повышенному опорному давлению;

- Наличие закладки снижающей опорное давление в окружающем массиве.

Влияние физико-механических свойств горных пород:

Упругие и пластические свойства горных пород: Эти свойства принято характеризовать графиком зависимости:

δ=f(ε),

Где: ε – относительная деформация, безразмерная величина

где l – первоначальная длина деформированного тела;

Δl – абсолютная деформация.

δ- нормальное сжимающее напряжение, МПа (это внутреннее удельное давление в данной точке деформированного тела).

Все типы пород под давлением характеризуются таким графиком.

Проведение массива при нагружении: участок 0-1 – наряду с упругой деформацией частей массива, разделенных трещинами, происходит смыкание трещин, что вызывает необратимую деформацию массива: (т.е. упругопластическое поведение); дальнейшее увеличение нагрузки вызывает упругое поведение - участок 1-2; затем нелинейно-упругое - участок 2-3; далее наступает упругопластическое поведение, т.е. деформация при снятии нагрузки частично остается (точка 3') и со временем уменьшается до некоторой величины (точка 3" – пластическая деформация) – участок 3-4; далее 4-5 – участок текучести, на котором деформация нарастает со временем при неизменном напряжении. В дальнейшем наступает состояние пластического течения, когда ε =f=(δ, t) (где t – продолжительность приложения нагрузки), поэтому в осях σ-ε имеем уже не кривую, а область возможных значений. Слева ее ограничивает кривая, соответствующая мгновенному приложению нагрузки (t-0), справа – кривая соответствующая очень большому времени нагружения (t-∞). Кривая t₁ показывает поведение пород при конечной величине продолжительности нагружения. Сверху область ограничена т. н. кривой разрушения, при достижении которой порода разрушается.

Упругое поведение пород на основном участке, на графике в основном характерно для гранита, диабаза, кварцита, порфирита.

Пластическое – для алевролита, гипса, соли, серы, сланцев и др. Соответственно теория упругости характеризует поведение крепких, монолитных пород, а теория пластичности – поведение полускальных, а также мягких или трещиноватых скальных пород.

Чаще используют теорию упругости, т.к. она более разработана м.б. шире использована в инженерных расчетах.

Основные положения из теории сплошных сред используемые в дальнейших рассуждениях:

- в элементарном объеме массива нормальные напряжения по трем взаимно-перпендикулярным осям имеют разные величины.

- Неравномерное нагружение упругого материала (в т.ч. горных пород) вызывает касательные напряжения (τ). Поэтому в упругой среде действуют нормальное напряжение (δ) и касательное сдвигающее (τ).

- Разрушение происходит именно за счет сил сдвига, если есть свободная поверхность в направлении сдвига.

Реологические свойства горных пород:

- это свойства, характеризующие поведение пород при длительно действующих нагрузках (ползучесть, релаксация, длительная прочность).

Ползучесть – процесс непрерывной пластической деформации, протекающий в горных породах в условиях длительного статического нагружения.

Релаксация напряжений:

- это процесс изменения напряжений со временем при неизменной деформации (ε=Const, t≠ Const, δ≠ Const). Концентрация напряжений как бы рассасывается.

Прочность массива пород.

В массиве действуют напряжения сжатия, сдвига. При проведении выработок возникают также растягивающие усилия. Горные породы сопротивляются растяжению и сдвигу хуже, чем сжатию. Поэтому часто устраивают сводчатую форму кровли выработок, при которой устраняются растягивающие усилия.

Прочность массива породы значительно хуже, чем у образца: на сжатие примерно в 1,5-4 раза, а на растяжение и сдвиг от 1,5 до десятков раз. Это объясняется наличием в массиве макротрещин и других структурных ослаблений, заполнении трещин глинистым материалом.

Предел прочности крепких пород в образцах кубика размером 70÷80 мм на одноосное сжатие составляет 100-200 МПа, на одноосный разрыв 7÷20 МПа.