|
|
^пас Ранги |
Рис. V-20. Схема к расчету давления |
на |
крепь горизонтально!! выработки |
со стороны почвы (по |
П. |
М. Цимбаревичу). |
При оценке горного давления со стороны почвы горных выработок пользуются главным образом методом, предложенным также П. М. Цимбаревичем. Под влиянием веса горных пород» слагающих опорные целики подземных выработок с бо-
ков (рис. V-20), горные |
породы, залегающие в их основании, |
|||
могут |
выдавливаться в |
подземные |
выработки. Устойчивость |
|
пород |
почвы |
выработок |
в этом случае определяется равнове- |
|
сием |
между |
активным |
давлением |
призмы пород (ракт)- вы- |
давливаемых нз-под опорных целиков, и пассивным давлением призмы пород (рпас), оказывающим сопротивление выдавливанию. Если активное давление больше пассивного, произойдет сдвиг пород внутрь выработки или возникнет давление на крепь, если почва закреплена. Суммарное давление пород со
стороны почвы в этом случае |
будет равно |
равнодействующей |
|||||
N, направленной вверх (рис. V-20): |
|
|
|
||||
г д е А р = ; ? а к т — Р п а с , и л и |
|
|
|
|
|
||
где Ракт — активное |
давление, |
Па; рпас — пассивное |
давление, |
||||
Па; |
Н — расстояние |
от кровли |
свода естественного |
равновесия |
|||
до |
уровня почвы выработки, |
м; |
ф — угол |
внутреннего |
трения |
||
пород; л^о — глубина |
от уровня |
почвы выработки, на |
которую |
||||
152
еомпа
Рис. V-21, График распределения давленЕя на крепь горизонтальной выработки (по А. П. Максимову).
Эпюры распределения давления: |
1 — через 30 сут: |
||||
2 — через |
60 сут; 3 — через |
90 |
сут; |
4 — через |
|
120 сут; |
5 —приборы |
(месдозы) |
для |
измерения |
|
|
давления |
на |
крепь. |
|
|
Рис. V-22. Эпюра распределения давления на крепь вертикального шахтного ствола (по А. П. Максимову).
распространяется движение пород почвы, определяемая по выражению
Я tg* ((90 - |
ф)/21 |
l - t g « ц д О - ф ) / 2 ] |
|
Таковы некоторые методы оценки и прогноза горного дав- |
|
ления в подземны.х выработках. |
Следует заметить, что их |
разработка продолжается. В последнее десятилетие появился ряд интересных работ многих специалистов — А. М. Козела, В. А. Борисова, Н. А. Рейка [1976 г.], Н. С. Булычева [1982 г.]. И. Л. Черняка [1978 г.] и др. В настоящее время накопилось достаточно много данных непосредственных измерений горного давления в подземных выработках на разных месторождениях полезных ископаемых. Наибольшее число измерений выполнено на угольных шахтах в горизонтальных выработках на глубинах до 1000 м. Эти наблюдения показали, что горное давление может изменяться в значительных пределах в зависимости от геологических условий, свойств горных пород и
характеристики |
крепи. |
Однако |
в |
подавляющем |
большинстве |
случаев вертикальное |
давление |
в |
горизонтальных |
выработках |
|
не превышает |
400 МПа и в |
среднем составляет 200 МПа. |
|||
В редких случаях оно достигает 500—1200 МПа. В вертикальных выработках горное давление обычно имеет меньшие значения; в породах средней крепости и мягких оно достигает 50—150 МПа, а в крепких — совсем небольшое.
153
Т А Б Л И Ц А V-3
Инженерные мероприятия по управлению горным давлением при производстве строительных н горных работ
(по Н . С. Булычеву)
У с л о в и я на к о н т а к т е |
И н ж е н е р н ы е - м е р о п р и я т и я |
горных пород |
|
я к р е п л г о р н ы х |
в г о р и з о н т а л ь н ы х в ы р а б о т к а х в в е р т и к а л ь н ы х в ы р а б о т к а х |
в ы р а б о т о к |
Сохранение гравитационного давления или частичное его снижение
Сдерживание влияния забоя выработки
Ограничение смещений горных пород с помощью крепи
Обеспечение смещений пород в заданных пределах
Применение забивной или залавливаемой крепи Проходка и возведение крепи под сжатым воздухом
Возведение крепи у забоя или на расстоянии от него менее пролета выработки
Подводный способ возведения крепи при бурении
Совмещенная схема, т. е. одновременное проведение проходки и крепления
Последовательна я схема
Применение монолитной крепи из быстротвердеющего бетона
Применение сборной жесткой крепи с тампонажем закрепленного пространства под давлением
Применение сборной крепи с обжатием в породу. Применение монолитной пресс-бетонной крепи
Возведение крепи с отставанием от забоя
Применение податливой крепи |
|
|
|
Способ двойной проходки |
Ввод крепи |
в |
контакт |
с |
породами при |
бурении |
|
после откачки |
промывоч- |
||
ного раствора |
|
|
|
Ускорение |
смеще- |
Применение сейсмичмких колебаний |
|
ния пород в |
процессе |
путем взрывания |
пород вокруг выработок |
образования |
зоны не- |
Применение щелевой |
раз- |
упругих |
деформаций |
грузки или разгрузки с по- |
||
и разрушения |
|
мощью буровых |
скважин |
|
Снижение нагрузок |
Механическое упрочнение пород (штанговая крепь). |
|||
на крепь за счет из- |
Укрепление н упрочнение пород цементацией, |
|||
менения |
свойств |
по- |
силикатизацией, |
электроосмотическим осушением |
род, окружающих |
вы- |
и другими способами. Термическое упрочнение пород |
||
работку |
|
|
|
|
Из Практики известно, что в отдельных случаях горное давление может достигать 2000—3000 МПа и создавать большие сложности и трудности при производстве строительных и горных работ. Самым новым примером такого случая может служить строительство гидротехнического туннеля Арпа — Севан (Даниелян С. С., Разумов В, К-, 1981 г.]. Здесь на отдельных участках в глинистых породах пришлось применять обделку, способную воспринимать невиданное до настоящего времени
]б4
горное давление — до 4000 МПа. Непосредственные измерения горного давления в горных выработках на месторождениях полезных ископаемых показали, что его распределение по контуру выработок обычно неравномерно (рис. V-21, V-22), причем «пиковые» значения иногда в 2—3 раза превышают средние.
Развитие горного давления во времени обычно характеризуется значительной интенсивностью в начальный период (месяц— полтора), затем скорость его нарастания значительно снижается и постепенно стабилизируется. Наблюдениями установлено, что горное давление на податливые крепи при прочих равных условиях на 50—70 % ниже, чем на жесткие. Наконец, необходимо учитывать, что важнейшим моментом в управлении процессом развития горного давления является обеспечение определенных условий производства строительных и горных работ. Эти условия должны определять механизм взаимодействия горных пород н крепи и управлять (предупреждать, сдерживать, снижать) развитием горного давления. Перечень инженерных мероприятий, обеспечивающих управление горным давлением, приведен в табл. V-3.
Глава VI
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ЯВЛЕНИЯ ПРИ ПРОХОДКЕ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
VI-1. Общие понятия
Горные породы в условиях естественного залегания находятся в состоянии равновесия. При строительстве шахт и карьеров это равновесие часто нарушается под влиянием многих причин: 1) проявления некоторых специфических свойств горных пород, связанных с особенностями их состава и строения; 2) определенного их физического состояния, обусловленного выветрелостью, трещиноватостью, закарстованностью, тектонической раздробленностью, высокой влажностью и водоносностью, промерзанием, льдистостью и др.; 3) определенных условий залегания горных пород, последовательности напластования пород различного петрографического состава, нарушенности их первоначального горизонтального залегания, определенной ориентировки поверхностей и зон ослабления; 4) действия нагрузки вышележащих горных пород, а иногда и наземных сооружений; 5) действия тектонических напряжений, иногда при участии газов; 6) действия гидростатического и гидродинамического напоров подземных вод; 7) действия химического состава подземных, поверхностных, шахтных и рудничных вод на горные породы и изменения их свойств; 8) нерераспределения напряжений, образования зон повышенного напряжения — зон концентрации напряжений в горных породах при проходке горных выработок; 9) динамического воздействия
взрывных и горно-буровых работ, транспорта, |
горных машин; |
|
10) способа вскрытия |
и системы разработки |
месторождения, |
т. е. горнотехнических |
причин, и др. |
|
Вследствие нарушения равновесия горных пород возникают и развиваются разнообразные геологические процессы и явления, реализующиеся в деформациях, разрушении, перемещении
и сдвижении |
их масс |
различных объемов —от единиц |
до ты- |
сяч, десятков |
тысяч |
и даже сотен тысяч кубических |
метров. |
Неодинаковы скорость развития и повторяемость этих деформаций: одни проявляются быстро, внезапно, носят катастрофический характер, другие развиваются медленно, с затухающей или прогрессирующей скоростью.
Геологические процессы в подземных выработках и карьерах проявляются также в различных видах водопркюков (оцениваемых суммарным и удельным притоками воды, коэф-
1 5 6