Взаимодействие целиков с вмещающими породами

Поддержание подработанного массива горных пород целиками

Поддержание целиками очистного (выработанного) пространства весьма распространенный в практике подземной добычи руд способ управления состоянием массива горных пород. Целики оставляют для сохранения равновесия подрабатываемых пород на определенной площади и течение необходимого времени с целью обеспечения безопасности работ по выемке полезного ископаемого.

По своему назначению целики бывают внутризабойные, междукамерные, междублоковые, междуэтажные, панельные, барьерные и др. Они оставляются в виде сплошных лент или отдельных опор (столбов). Поперечное сечение столбчатых целиков бывает круглым, эллиптическим, квадратным, прямоугольным, неправильным.

Поддержание целиками применяется при камерных системах разработки. В одних случаях целики оставляются навсегда, в других временно, до срока их выемки или погашения.

Взаимодействие целиков с вмещающими породами

При поддержании целиками совместная работа системы почва-целик-кровля зависит от устойчивости (прочности), характера деформирования и разрушения каждого отдельного элемента данной системы.

В случае жестких целиков и слабых пород почвы и кровли по мере увеличения площади подработки и возрастания нагрузок на целики происходит как бы вдавливание их, сопровождаемое разрушением кровли камер и пучением почвы. Неравномерное по площади и во времени деформирование почвы и кровли может быть причиной разрушения целиков на значительных площадях. Способность целиков к постепенному деформированию наблюдается при недостаточно прочном материале целиков неоднородности их строения (трещиноватости, наличии прослоев слабых пород), малом соотношении ширины к высоте и др.

Совместная деформируемость системы почва-целик-кровля возможна при соответствии упругих характеристик каждого элемента этой системы. Считается, что в неоднородном трещиноватом массиве, который в расчетах характеризуется как квазисплошная среда, оставляемые целики обладают адекватными массиву упругими характеристиками в том случае, когда их параметры будут превышать средний размер структурного блока в 5-10 раз, и целики работают в условиях всестороннего сжатия. Таким требованиям должны отвечать массивные целики, выполняющие наиболее ответственную роль в поддержании выработанного пространства.

Для описания трещиноватого массива, обладающего свойствами квазиизотропной среды, К. В. Руппенейт предлагает применять эквивалентный модуль деформации. В том случае, когда массив разделяется системами трещин (более четырех), эквивалентный модуль упругости определяется по формуле

где - модуль деформации в ненарушенном массиве; N - число систем трещин: ; - раскрытие трещин; - средний размер элементарного структурного блока; - относительная площадь скальных контактов, .

В случае объемного деформирования трещиноватого массива Ч. Джегер рекомендует следующие формулы для определения эквивалентных модуля и коэффициента Пуассона :

где - коэффициент Пуассона в ненарушенном массиве; - главные нормальные напряжения.

Исходя из вышеизложенного, массивные целики будут обладать повышенной жесткостью, если они не пересекаются сквозными трещинами или слабыми прослоями пород и работают в условиях объемного напряженного состояния.

Устойчивость любых целиков во многом зависит от наличия слабых прослоев пород на контактах целиков с вмещающими породами, так как возникающие вдоль этих прослоев напряжения способствуют нарушению сцепления пород по контакту и более быстрому разрушению целиков. Особенно это характерно для случаев разработки наклонных залежей камерно-столбовыми системами.