Запас прочности целиков

Коэффициент запаса прочности целика К_з с учетом влияния действующих факторов можно представить в виде выражения

куда входят коэффициенты, учитывающие влияние слабых вязких глинистых прослойков К_в и трещиноватости , способа отбойки , срока существования целика K_t, уменьшения его площади в натуре по сравнению с проектной K_s формы целика , закладки смежных камер упрочнения целиков штанговой крепью или другими способами .

Прослойки слабых пород в целике могут оказывать существенное влияние на его несущую способность. Предельное состояние целика, состоящего из двух разных пород определяется прочностными свойствами более слабой породы, так как разрушение начинается с краевой зоны слабого слоя и распространяется в глубь целика. Породы слабого слоя выдавливаются и тем самым в прочных породах, прилегающих к этому слою, появляются растягивающие напряжения. Целик испытывает сложное напряженное состояние сжатия с растяжением.

В слабом слое, расположенном в основании целика, возникают линии скольжения, по которым будет происходить разрушение. Переход в предельное состояние начинается при условии, если по краевой зоне прослойка возникает напряжение

где сопротивление одноосному сжатию краевой части целика; (здесь - угол внутреннего трения материала прослойка). Коэффициент, учитывающий наличие слабых слоев в целике (по данным исследований Ф.П. Бублика), можно найти из выражения

где и пределы прочности соответственно на сжатие основной породы целика и слабого прослойка, h и h _c - соответственно высота целика и мощность слабого прослойка. Для вязких (глинистых) прослойков

где - мощность вязкого (глинистого) прослойка.

Влияние срока существования целика находится в зависимости от длительности эксплуатации рудника. Для целиков, оставляемых на весь срок существования, учитывается склонность материала целика к ползучести и принимается обычно равным 0,7. K_s изменяется от 1,10 до 1,15. Значение коэффициента , учитывающего сейсмическое воздействие взрывов на целики, при мелкошпуровой отбойке принимается равным 1,0, при скважинной - 1,10+1,20.

На практике запас прочности целика можно повысить за счет увеличения b/h, замены столбчатых целиков ленточными, упрочнения целиков, закладки смежных отработанных камер, снижения величины за рядов ВВ при отбойке камер.

Замена отдельных целиков-столбов сплошными ленточными такой же ширины создает более благоприятные условия работы материала целиков. Вместо одноосного сжатия он будет работать в условиях двухосного (и даже трехосного) сжатия, что повышает его прочность. Поэтому для ленточных целиков при одинаковых со столбчатыми соотношениях b/h значение будет больше. При b/h =1 для столбчатых целиков =1, для ленточных =2, а при b/h =0,5 соответственно будет 0,7+-0,8 и 1,15.

Методы упрочнения целиков предусматривают применение различных мер по повышению сопротивления их материала действующим сжимающим и растягивающим напряжениям. Для этого стенки целика укрепляют анкерами, обматывают канатами, покрывают бетоном, упрочняет химическими составами.

На практике наиболее часто применяется анкерная крепь. Для надежности поддержания замки анкеров закрепляются за пределами зон возможного разрушения. Положение этих зон определяется условиями предельного равновесия. Угол наклона сдвижения поверхности целика θ=π/4-φ/2, где φ - угол внутреннего трения материала целика.

Допустимое напряжение на периферическую часть целика после его укрепления можно определить по формуле

где - временное сопротивление пород краевой зоны целика на одноосное сжатие; - боковое давление, создаваемое штанговой крепью.

На упрочненный анкерами целик допустимая нагрузка может быть в 3-5 раз выше, чем на неукрепленный. Этот способ упрочнения целесообразно применять в случае ленточных целиков.

Наиболее надежный способ повышения несущей способности целиков - заполнение отработанных смежных камер закладочным материалом. Сухая закладка повышает прочность целика на 10-20 % ( =1,1÷1,2), твердеющая на 40-60 % ( =1,4÷1,6). При плотной закладке обеспечиваются сохранность целиков и предотвращается об рушение налегающих пород.

В расчетах коэффициент запаса прочности целиков обычно принимают от 1,3—1,5 до 3-5, иногда до 7—10. Нижний предел характерен для временно оставляемых целиков или целиков, сложенных прочными слаботрещиноватыми породами. При определении размеров междукамерных, междуэтажных целиков принимают равным 2÷3, для барьерных с длительным сроком существования увеличивается до 5-7 и даже до 10 (под особо ответственными объектами).