Напряженное состояние и несущая способность целиков
Под несущей способностью целика понимается величина действующей на него нагрузки, под влиянием которой в нем возникает состояние предельного равновесия.
Несущая способность целика зависит не только от действующих на него усилий, характера распределения напряжений, прочностных свойств материала, но также от формы и размеров целика. В расчетах необходимо учитывать, что периферийные (краевые) части целика могут быть нарушены трещинами в результате буровзрывных работ, а также из-за выветривания. Значительно снижается несущая способность целиков, если в них проводятся выработки.
Напряженное состояние целика в зависимости от соотношения его ширины b к высоте h в расчетах учитывается коэффициентом формы .
Распределение напряжений в широких b/h > 1 (в) и высоких b/h < 1 (б) целиках
Целик считается высоким, если b/h<1, и низким (или широким), когда b/h>1. Если в широком целике максимальное напряжение приходится на периферийную часть, то в высоком - на центральную. В средней части широкого целика давление может быть равным . Опыты на моделях из оптически активных материалов показали, что при b/h>4÷5 срединная часть целика работает в условиях всестороннего сжатия и имеет более высокую прочность. Такие целики обладают большей несущей способностью. Высокие целики, работая в условиях одно- или двухосного сжатия, переходят в предельное состояние и разрушаются при меньших нагрузках. Поэтому в расчетах при выборе целиков необходимо учитывать влияние коэффициента формы .
По строению целики бывают однородные, слоистые, составные (состоящие из отдельных частей, ориентированных в направлениях, близких к нормальной оси целика), сложные, поэтому при неоднородном строении в расчетах рекомендуется принимать среднемаксимальную прочность.
Зависимость коэффициента от b/h
b/h | Условия применения | Автор, коллектив авторов | |
- 0,50 0,33 0,25 - - 0,33÷1,0 1,0÷4,0 0,25÷4,0 | √ b/h 0,7-0,8 0,5-0,6 0,4-0,5 0,775+0,22 b/h 0,7+0,3 b/h 0,6+0,4 b/h b/h 0,05+0,05b/h | Для слаботрещиноватых пород - - При сухом трении или полном сцеплении на контактах целика с породами - При наличии на контактах пластичных прослойков | Е. Церн Л.Д. Шевяков То же То же То же Н. Баушингер Бантинг ВНИМИ ВНИМИ ВНИМИ |
Свойства пород, слагающих целик, учитываются коэффициентом структурного ослабления Кс, под которым понимается отношение прочности пород в массиве σсжм к прочности пород в образце σ°сж при одинаковом характере напряженного состояния. Значение Кс изменяется в широких пределах. Например, для Хибиногорского апатитового месторождения Кс = 0,37-0,50, пород Джезказганского меднорудного месторождения: слаботрещиноватых Кс=0,72, среднетрещиноватых Кс=0,63, сильнотрещиноватых Кс = 0,50, в зонах флексур Кс=0,40.
Коэффициент ослабления пород различной трещиноватости (по И. С. Попову)
Характеристика трещиноватости | Коэффициент ослабления | |
Предел изменения | Среднее значение | |
Густая сеть по всем направлениям, несцементированные куски Густая сеть зияющих трещин по всем направлениям Густая трещиноватость Трещиноватость выше средней Средняя трещиноватость через 20- 30 см Ниже средней трещиноватость Сеть глубоких трещин через 30-50 см Малотрещиноватые породы, закрытые трещины Микротрещины почти отсутствуют Монолитные породы без признаков трещиноватости | 0,0-0,001 0,001-0.020 0,01-0,04 0,04-0,09 0.09-0,12 0,12-0,30 0,30-0,40 0,40-0,60 0,60-0,80 0,8-1,0 | 0,0005 0,005 0,02 0,06 0,10 0,20 0,35 0,40 0,70 0.90 |
Зная величины коэффициентов ослабления Кс, формы и запаса прочности Кз, можно определить несущую способность целика из выражения
где σсж - предел прочности породы на сжатие, полученный при испытании образцов кубической формы; sц - площадь сечения целика.
При условии сохранения жесткости целиков наибольшие напряжения от воздействия вышележащих пород, заключенных в своде давления, приходятся на целики, расположенные в центральной части выработанного пространства, наименьшие — на целики у краевых зон рудного массива. При этом давление на средние целики равно (или приближается) полному весу столба пород в своде.
Если целики имеют разную жесткость, то степень нагружения каждого целика различна и зависит от их податливости (деформируемости). Картина распределения напряжений на целики в этом случае может быть самой разной.
Распределение давления на жесткие (а) и податливые (б) целики в шахтном поле: 1 и 2 - эпюры соответственно до и после разрушения междукамерных целиков; 3 - свод давления
Вследствие релаксации напряжений в отдельных податливых целиках, давление перераспределяется на более жесткие, которые из-за перенапряжения могут разрушаться (черными кружками на рис. б обозначена величина напряжений на целики после их раздавливания). Разрушение целиков в пределах шахтного поля является причиной значительного увеличения опорного давления на краевые части рудного массива и обрушения вышележащих пород. Поэтому для предотвращения подобных опасных проявлений горного давления и сохранения равновесного состояния пород размеры целиков необходимо принимать с надежным запасом прочности.
Дата добавления: 2015-10-29; просмотров: 2069;