Гипотезы горного давления. Проявления горного давления

Гипотеза свода:

Относится к неустойчивым породам. Разработана профессором Рижского университета Риттером и доработана проф. М.М. Протодьяконовым, получила развитие в трудах Цимбаревича, Слесарева и других.

Суть гипотезы: Под давлением налегающей толщи отколовшиеся куски горных пород вываливаются из кровли и стенок выработки до тех пор, пока стенки не получат некоторый наклон, а сверху не образуется свод естественного равновесия. На крепь выработки, если она установлена в начальном контуре выработки, может воздействовать лишь вес пород внутри образовавшегося свода.

где а – полупролет выработки (свода),м; f – коэффициент крепости; γ - объемный вес пород свода, т/м³. Высота свода

Доказано, что свод имеет параболическую форму. На основании эмпирических данных

где φ – угол внутреннего трения пород. Тогда

Гипотеза консольной плиты: применима для условий очистных работ с креплением и последующим обрушением кровли пологих пластов.

Рассматриваются условия, в которых над пластом полезного ископаемого имеется, так называется непосредственная кровля (слой неустойчивых пород над пластом, который после удаления крепи обрушается).

Основная кровля – слой устойчивых пород над непосредственной кровлей, который выдерживает большие обнажения и прогибается меньше, чем непосредственная кровля.

Различают первичное и вторичное горное давление. Первичное связано с породами непосредственной кровли и действует на крепь в пределах рабочего пространства. Вторичное создается основной кровлей.

Гипотеза предполагает, что непосредственная кровля над рабочим пространством поддерживается в основном за счет связи с не подработанным массивом и как бы представляет собой консоль.

При очистной выемке кровлю периодически обрушают, извлекая, передвигая крепь. Этим сокращается консоль и снижается давление на оставшуюся крепь у забоя.

По мере подвигания забоя картина повторяется. Расстояние, через которое вызывают обрушение пород кровли, называется шагом обрушения.

Шаг обрушения для сыпучей кровли - 1,5 м.

Шаг обрушения для устойчивых пород 7÷10 м.

Гипотеза волны давления:

Применима при пластичных породах кровли, небольшой мощности пласта и поддержании выработанного пространства закладкой или крепью.

Предполагается опускания кровли в призабойном пространстве без разрыва сплошности. На некотором расстоянии от забоя кровля опирается на закладку или почву залежи. Давление на крепь или закладку у забоя относительно невелико в связи с их податливостью, поэтому эпюра давления напоминает волну.

Увеличение податливости крепи (до известных пределов) снижает давление на нее. Вместе с тем усиливается давление на пласт вблизи забоя, что при выемке угля используется для отжима и разрушения его.

Гипотеза Турнера-Шевякова:

В 1884 г. голландским ученым Турнером был предложен метод определения размеров целиков для условий камерной разработки и впоследствии развит в трудах К. Кегеля, Л. Д. Шевякова.

Суть гипотезы: предполагается, что на каждый целик приходится полный вес столба налегающих пород до поверхности, ограниченный в плане осями оконтуривающих его выработок. Полный вес налегающих пород

где γ – объемный вес пород, т/м³; Н – глубина разработки, м; S – горизонтальная площадь столба пород, м².

Условие предельного равновесия пород можно записать следующим образом

где s_u - площадь целика; σ_сж - предел прочности на сжатие материала целика.

Устойчивое равновесие пород возможно при условии:

В дальнейшем на основании рассмотренных ранее положений в расчетной формуле было отражено влияние угла падения залежи α (К. Кегель, 1906) и введен коэффициент запаса прочности .

Академик Л.Д. Шевяков (1941) предложил учитывать коэффициент формы :

Схема к определе­нию давления на целики по методу Турнера - Шевякова (целики прямоуголь­ного сечения).