Реферат давление в горах

Обновлено: 02.07.2024

Горное давление – это силы (напряжения), возникающие в массиве пород, окружающих горную выработку. Проявляется: в виде прогиба кровли, вспучивания почвы, растрескивания, сдвижения, деформации и разрушения пород вокруг выработки, раздавливание и отжиме целиков угля, увеличения нагрузки на крепь, внезапных выбросах угля и газа, горных ударов и пр.
Горное давление зависит от глубины расположения выработки, физико – механических свойств горных пород (трещиноватости, крепости, управляемости, обрушаемости и тд.), мощности и угла залегания пластов, размера поперечного сечения выработки, способов выемки угля, механической характеристики крепи и многих других параметров.
Эффективность и безопасность горных работ в значительной степени зависят от характера проявления горного давления и от умения управлять им.
Управление горным давлением (кровлей) – совокупность мероприятий по регулированию проявлений горного давления в призабойном пространстве очистной выработки и прилегающих к ней подготовительных выработок с целью обеспечения безопасности работ и необходимых производственных условий.

16. Состав и назначение аммонитов.

Аммониты. ВВ в виде порошкообразной механической смеси, состоящей в основном из аммиачной селитры (80 % . . . 89 %) с добавкой нитросоединений – тротила желатинированного нитроглицерина, пироксилина, динитронафталина (5 % . . . 21 %) и растительной муки. Скальный аммонит №1 для повышения мощности и дробящего действия содержит флегматизированный гексоген. Теплота взрыва аммонитов 1,3 МДж/кг . . . 5,5 МДж/кг. В качестве веществ, повышающих водоустойчивость, используют стераты железа, кальция, цинка, мел, крахмал, муку и др. В предохранительные аммониты добавляют хлористый натрий (Na Cl). Выпускают главным образом в патронах, шашках, гранулах, а также в порошкообразном виде.

Аммониты и аммоналы гигроскопичны, при длительном хранении слеживаются и спекаются, снижая при этом детонационные свойства.

Большинство аммонитов выпускается (за исключением прессованных) выпускается в патронах с плотностью 0,95 г/см3 . . . 1,15 г/см3.

Предельная влажность аммонитов при применении в подземных условиях 0,5 % на открытых работах – 1,5 %. Все аммониты и аммоналы при применении во влажных условиях должны помещаться в водонепроницаемые оболочки. Порошкообразные аммониты, содержащие малое количество бризантного ВВ теряют способность детонировать при сильном уплотнении и поэтому перед заряжением должны быть разрыхлены.

Теплота взрыва, МДж/кг

Воспр. к перв. средст. подр. КД№8

22. Средства электрического взрывания.

Электрическое инициирование применяют при большом числе взрываемых зарядов и осуществляют дистанционно, с безопасного расстояния. Средствами электрического взрывания являются электродетонаторы мгновенного или короткозамедленного действия (серии ЭД и ЭДКЗ), провода, источники тока и контрольно-измерительная аппаратура. Электродетонатор - капсюль-детонатор с закрепленным в нем электровоспламенителем. В короткозамедленные электродетонаторы между электровоспламенителем и инициирующим зарядом вводят замедлитель – столбик твердого горючего состава. Источниками тока служат конденсаторные взрывные машинки.

33. Формы сводов обрушения и характер разрушения горных пород над сводами обрушения.

Свод естественного равновесия своими пятами опирается на массив по бокам выработки. При недостаточной прочности боковых пород происходит сползание призм породы шириной т, которые оказывают на крепь боковое давление. При этом полупролет свода естественного равновесия будет больше полупролета выработки на ширину сползающих призм.

Наибольшее распространение получила гипотеза свода, развитая в работах проф. М. М. Протодьяконова. По этой гипотезе при проведении горизонтальной выработки существовавшие до того в породах напряжения перераспределяются, взаимно уравновешиваясь по некоторой сводчатой линии. М. М. Протодьяконов указал, что кривая свода естественного равновесия близка к параболе (рис.1), высота которой или высота свода (м)

где а -- полупролет выработки, м;

f -- коэффициент крепости пород.

Порода внутри этого свода оказывается неуравновешенной и давит на крепь. Величина давления на крепь определяется весом породы.

Свод естественного равновесия своими пятами опирается на массив по бокам выработки. При недостаточной прочности боковых пород происходит сползание призм породы шириной , которые оказывают на крепь боковое давление. При этом полупролет свода естественного равновесия будет больше полупролета выработки на ширину сползающих призм.

При наличии в почве выработки глин и некоторых глинистых сланцев происходит их выдавливание внутрь выработки. Это явление носит название пучения пород, которое усиливается при набухании пород в присутствии влаги. Для предотвращения деформации выработки, пройденной в таких породах, крепь необходимо устанавливать по всему периметру выработки.

Достаточно точный теоретически обоснованный метод определения величины горного давления на крепь вертикальных стволов до настоящего времени еще не разработан. Проф. М. М. Протодьяконов предлагал определять величину давления на стенки ствола от веса сползающих пород вокруг него под углом естественного откоса с образованием воронки (перевернутого конуса). Механические напряжения в породах вокруг выработок возрастают с глубиной их расположения, т.е. увеличивается напряженное состояние породного массива. В результате на глубине 300--600 м иногда наблюдаются так называемые динамические проявления горного давления в виде стреляния пород, толчков и горных ударов. Стреляние проявляется в отскакивании от напряженного массива отдельных кусков породы, сопровождающемся резким звуком. Толчок или горный удар внутреннего действия -- это разрушение пород в глубине массива без выброса их в выработку. Внешние его проявления -- резкий звук, сотрясение массива, осыпание породы с поверхности выработки, а при сильных толчках воздушная волна. Горный удар представляет собой быстро протекающее разрушение горных пород, проявляющееся в виде их выброса в выработки с нарушением крепи, смещением оборудования и сопровождающееся резким звуком, образованием пыли, воздушной волной и сотрясением массива горных пород.

Самопроизвольные массовые сдвижения пород представляют опасность при ведении подземных работ. За движением, оседанием и обрушением горных пород под влиянием пройденных в них выработок ведут постоянные маркшейдерские наблюдения.

58Технолгия проведения штреков гидравлическим способом.

Сущность проведения штреков с помощью гидромеханизации (рис. 2) заключается в том, что струя воды под давлением 5—10 МПа, выходя из гидромонитора / с ручным или дистанционным управлением, разрушает пласт угля. Отбитый уголь вместе с водой (пульпа) по металлическим рештакам 2 самотеком (уклон 0,05— 0,07) направляется в участковый или общешахтный пульпосборник, откуда углесосами выдается на поверхность, где обезвоживается, а вода насосами вновь подается к гидромониторам. Цикл работ включает в себя образование горизонтального вруба глубиной 0,3—0,5 м на всю ширину выработки, отбойку угля слоями (I, II, . ) снизу вверх, удаление смывом разрушенного угля и крепление штрека. Штреки крепят деревянными неполными рамами, металлическими трехзвенными арками или анкерной крепью после подвигания забоя на 4—6 м. Затем передвигают гидромонитор ближе к забою, наращивают трубы напорного водовода, вентиляции, металлические рештаки и монорельсовую дорогу. Последняя служит для доставки в контейнерах материалов и оборудования в забой.

70. Технология выработок большого сечения ( камер) по углю.

Лебедочные, трансформаторные и другие камеры проводят в основном смешанными забоями. В этом случае вначале вынимают уголь на всю длину и ширину камеры с возведением временной крепи (рис. 2, а). Затем подрывают породу почвы (заходки I, II) и устанавливают временную крепь большей длины. Далее подрывают породы кровли в обратном порядке (заходки III, IV), придавая камере необходимую форму, и устанавливают временную крепь.

Выемку угля и подрывку породы осуществляют с помощью буровзрывных работ. Породу грузят погрузочными машинами. Постоянную крепь в неустойчивых породах возводят вслед за подрывкой пород кровли, а н устойчивых — после выемки всей породы. В качеств постоянной крепи применяют бетон, сборный железобе тон, а также смешанные и металлические рамы и арки с металлической или железобетонной затяжкой. При неустойчивых породах и на больших глубинах в бетоне оставляют металлические арки временной крепи (металлобетон). Иногда крепь усиливают анкерной крепью с металлической сеткой.

При проведении камеры большой длины ее проводят тремя уступами: угольный забой, породный забои по почве и породный по кровле. Угольный забой опережает породный на 2-3 м. Организация работ в этом

80. Проходка устья вертикального ствола.

Устье ствола обычно проходят в наносных породах. В зависимости от мощности наносов устье проходят с использованием временного (передвижного) или постоянного проходческого оборудования и копра, которые устанавливают до начала проходки устья. При использовании временного оборудования устье проходят, в подготовительный период. ЦНИИподземмашем разработан комплекс временного передвижного оборудования КПШ-2 ( рис.3), позволяющий осуществлять проходку устья и технологического отхода на глубину до 50 м.

Работы начинают с укладки рамы-шаблона, которую изготовляют из двутавровых балок и используют для деревянного настила. В настиле оставляют отверстия для пропуска бадей, труб и лестницы. Кроме того, рама-шаблон служит для образования контура сечения устья в процессе проходки, а иногда и для подвески первого кольца временной крепи.

При проходке устья с использованием временного проходческого оборудования выемку породы осуществляют с помощью экскаватора на глубину до 3—5 м без установки временной крепи. Затем снизу вверх возводят монолитную бетонную или железобетонную крепь.

Дальнейшую проходку ведут с выемкой породы отбойными молотками или с применением буровзрывных работ. Погрузку породы в бадьи производят пневматическими грейферными грузчиками. По мере подвигания забоя через 0,5—1 м возводят временную кольцевую крепь из швеллеров с затяжкой досками. Первое кольцо временной крепи подвешивают с помощью анкеров к бетонной крепи устья. Возведение постоянной крепи производят звеньями высотой 6—8 м, чаще всего без извлечения временной крепи. Бетонную смесь за опалубку подают по трубам с поверхности. В слабых породах применяют железобетоннные тюбинги, которые подвешивают сверху вниз по мере подвигания забоя.

При притоках до 3 м 3 /ч водоотлив осуществляют бадьями вместе с породой, а при больших притоках — забойными насосами откачивают воду на поверхность. Проветривание забоя производят вентилятором, установленным на поверхности. Для спуска и подъема людей используют лестницы.

Средние скорости проходки устья ствола комплексом КПШ-2 составляют 15—20 м/мес.

После окончания работ по проходке устья раму-шаблон разбирают и на ее место укладывают основную проходческую (нулевую) раму, служащую для перекрытия устья ствола, размещения ляд для пропуска бадей, трубопроводов и канатов для подвески в стволе оборудования, спасательной лестницы и др.

Рис. 3. Проходка устья ствола комплексом КПШ-2:

I — автокран; 2 — бадья; 3 — грейферный грузчик; 4 — подвесная опалубка; 5 — лебедки для под вески опалубки; 6 — став труб для подачи бетона; 7 — бункер для бетона; 8 — автосамосвал; 9— рама-шаблон; 10 — кран-экскаватор

44. Паспорт проведение и крепление горной выработки

Паспорт проведения и крепления выработки—это технический (проектный) документ, определяющий для конкретной выработки способ проведения, материал, конструкцию и порядок возведения крепи, а также расход крепежных материалов на 1 м. Он составляется в соответствии с Правилами безопасности и с учетом горно-геологических и горнотехнических особенностей выработки. Он состоит из графического материала и пояснительной записки к нему.

Графическая часть должна содержать: разрезы выработки в масштабах 1 : 100 или 1 :50, в которых должны быть показаны форма (конфигурация) и размеры выработки, боковые породы, расположение-пласта угля по отношению к выработке, конструкции и. размеры постоянной и временной крепей, расположение затяжек, расстояние между осями рам, минимальное и максимальное отставание от забоя постоянной и временной крепей, размещение проходческого оборудования и вентиляторов местного проветривания с вентиляционными трубами, расположение откаточных путей, величины зазоров между крепью и транспортными; средствами (электровозом, вагоном, конвейером),, размещение водяных (сланцевых) заслонов, мест складирования материалов, размеры водоотводных канавок, тротуаров; детали крепи в масштабе 1 : 10 (конструкция замка при креплении рамами или арками,, заделка стоек в почву и др.); характеристику выработки, размеры поперечного сечения, способ откатки и тип вагонетки; таблицу расхода крепежных материалов (при креплении выработки бетоном или железобетоном в паспорте крепления указываются конструкция опалубки и сроки ее снятия); схему электроснабжения.

Пояснительная записка к паспорту проведения и крепления подготовительной выработки должна содержать: краткую характеристику угля, боковых пород и их устойчивости, а также предполагаемых геологических нарушений в пределах проектной длины выработки;

обоснование выбора материала и конструкции крепи;

описание способа проведения и безопасного ведения работ по возведению крепи.

К паспорту в зависимости от способа проведения выработки прилагается паспорт буровзрывных работ и проект на установку вентилятора местного проветривания.

Паспорт проведения и крепления составляется для каждой выработки начальником участка и главным технологом шахты, а утверждается директором или главным инженером шахты. Ведение горных работ без утвержденного паспорта или с нарушением его запрещается. Паспорт крепления должен быть пересмотрен, если изменились горно-геологические или производственные условия. До начала работы начальник участка обязан ознакомить всех рабочих и надзор участка под роспись с паспортом проведения и крепления горной выработки.

При выполнении графической части паспорта проведения и крепления выработки рекомендуется пользоваться типовыми сечениями горных выработок и технологическими схемами проведения горизонтальных и наклонных выработок при буровзрывном или комбайновом способе проведения.

Заплавский Г. А., Лесных В. А. Горные работы, проведение и крепление горных выработок: Учебник для техникумов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Недра, 1986. 272 с.

Виды Горных пород

Виды горных пород Горные породы различаются по . регионального метаморфизма —высокие температуры и давления. Типичными метаморфическими Г. п. являются . условиях относительно низких температур и давлений в результате преобразования морских и континентальных .

Технология проведения горных выработок

. проходят вентиляционные, материальные, породоперепускные и другие виды восстающих в породах любой крепости и . разработке месторождений в условиях повышенного горного давления; – увеличение горного давления вызывает необходимость уменьшения размеров .

Горные породы и их виды

. породу минералов. Различают следующие виды текстуры: - массивная текстура: . коэффициентом затухания a. Среди различного вида упругих колебаний в твердых телах . Свойства горных пород зависят также от воздействия механического. (давление), теплового .

Горные породы Сибири

. но из-за огромного давления вышележащих толщ горных пород, не позволяющего . равен 0.258 и формула (3) примет вид Формула 4. Формула (3) при уточненненном . Между коэффициентами п и kсуществует зависимость вида: где k0 – начальное значение коэффициента .

Горная крепь

. поперечных сечений, а также для управления горным давлением. Горная крепь должна удовлетворять следующим основным . металлическими верхняками. Допускается применение других видов крепи, обеспечивающих надежное поддержание кровли .

16. Состав и назначение аммонитов.

Воспр. к перв. средст. подр. КД№8

22. Средства электрического взрывания.

33. Формы сводов обрушения и характер разрушения горных пород над сводами обрушения.

где а -- полупролет выработки, м;

f -- коэффициент крепости пород.

58Технолгия проведения штреков гидравлическим способом.

70. Технология выработок большого сечения ( камер) по углю.

Лебедочные, трансформаторные и другие камеры проводят в основном смешанными забоями. В этом случае вначале вынимают уголь на всю длину и ширину камеры с возведением временной крепи (рис. 2,а). Затем подрывают породу почвы (заходки I, II) и устанавливают временную крепь большей длины. Далее подрывают породы кровли в обратном порядке (заходки III, IV), придавая камере необходимую форму, и устанавливают временную крепь.

Выемку угля и подрывку породы осуществляют с помощью буровзрывных работ. Породу грузят погрузочными машинами. Постоянную крепь в неустойчивых породах возводят вслед за подрывкой пород кровли, а н устойчивых — после выемки всей породы. В качеств постоянной крепи применяют бетон, сборный железобе тон, а также смешанные и металлические рамы и арки с металлической или железобетонной затяжкой. При неустойчивых породах и на больших глубинах в бетоне оставляют металлическиеарки временной крепи (металлобетон). Иногда крепь усиливают анкерной крепью с металлической сеткой.

80. Проходка устья вертикального ствола.

Дальнейшую проходку ведут с выемкой породы отбойными молотками или с применением буровзрывных работ. Погрузку породы в бадьи производят пневматическими грейферными грузчиками. По мере подвигания забоя через 0,5—1 м возводят временную кольцевую крепь из швеллеров с затяжкой досками. Первое кольцо временной крепи подвешивают с помощью анкеров к бетонной крепи устья. Возведение постоянной крепи производят звеньями высотой 6—8 м, чаще всего без извлечениявременной крепи. Бетонную смесь за опалубку подают по трубам с поверхности. В слабых породах применяют железобетоннные тюбинги, которые подвешивают сверху вниз по мере подвигания забоя.

Средние скорости проходки устья ствола комплексом КПШ-2 составляют 15—20 м/мес.

Рис. 3. Проходка устья ствола комплексом КПШ-2:

I — автокран; 2 — бадья; 3 — грейферный грузчик; 4 — подвесная опалубка; 5 — лебедки для подвески опалубки; 6 — став труб для подачи бетона; 7 — бункер для бетона; 8 — автосамосвал; 9— рама-шаблон; 10 — кран-экскаватор

44. Паспорт проведение и крепление горной выработки

Паспортпроведенияикреплениявыработки—это технический (проектный) документ, определяющий для конкретной выработки способ проведения, материал, конструкцию и порядок возведения крепи, а также расход крепежных материалов на 1 м. Онсоставляется в соответствии с Правилами безопасности и с учетом горно-геологических и горнотехнических особенностей выработки. Он состоит из графического материала и пояснительной записки к нему.

Графическаячасть должна содержать: разрезы выработки в масштабах 1 : 100 или 1 :50, в которых должны быть показаны форма (конфигурация) и размеры выработки, боковые породы, расположение-пласта угля по отношению к выработке, конструкции и. размеры постоянной и временной крепей, расположение затяжек, расстояние между осями рам, минимальное и максимальное отставание от забоя постоянной и временной крепей, размещение проходческого оборудования и вентиляторов местного проветривания с вентиляционными трубами, расположение откаточных путей, величины зазоров между крепью и транспортными; средствами (электровозом, вагоном, конвейером),, размещение водяных (сланцевых) заслонов, мест складирования материалов, размеры водоотводных канавок, тротуаров; детали крепи в масштабе 1 : 10 (конструкция замка при креплении рамами или арками,, заделкастоек в почву и др.); характеристику выработки, размеры поперечного сечения, способ откатки итип вагонетки; таблицу расхода крепежных материалов (при креплении выработки бетоном или железобетоном в паспорте крепления указываются конструкция опалубки и сроки ее снятия); схему электроснабжения.

Пояснительнаязаписка к паспорту проведения и крепления подготовительной выработки должна содержать: краткую характеристику угля, боковых пород и их устойчивости, а также предполагаемых геологических нарушений в пределах проектной длины выработки;

обоснование выбора материала и конструкции крепи;

описание способа проведения и безопасного ведения работ по возведению крепи.

Горное давление в капитальных и подготовительных выработках. Особенности напряжений, возникающих в массиве горных пород, вблизи стенок скважин. Роль крепи в выработке. Горное давление в целиках. Ключевые аспекты изучения тектонических сил в массиве.

Рубрика	Геология, гидрология и геодезия
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	22.09.2016
Размер файла	631,6 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

Проверил: Доцент кафедры ГиНД

1. Горное давление

2. Горное давление в ненарушенном (нетронутом) массиве

3. Горное давление в капитальных и подготовительных выработках

4. Горное давление в очистных выработках

5. Горное давление в целиках

горный давление скважина

Горное давление (а. rock pressure; н. Gebirgsdruck; ф. pression des terrains; и. presion del terreno) -- напряжения, возникающие в массиве горных пород, вблизи стенок выработок,скважин, в целиках, на поверхностях контакта порода -- крепь в результате действия главным образом гравитационных сил, а также тектонических сил и изменения температуры верхних слоев земной коры.

Наиболее общей формой проявления горного давления является деформирование горных пород, которое приводит к потере ими устойчивости, формированию нагрузки на крепь, динамическим явлениям (горным ударам, внезапным выбросам). Поэтому при проведении горных выработок предварительно рассчитывают горное давление для определения прочности несущих элементов подземных сооружений (стенок выработок, целиков и крепей) и выбора способов управления горным давлением.

1. Горное давление

Первые методы расчёта горного давления основывались на гипотезе, согласно которой горное давление вызвано весом определённого объёма пород, приуроченного к данному несущему элементу. Одной из наиболее распространённых была гипотеза Турнера (Франция, 1884), на основе которой горное давление в целиках при камерно-столбовой системе разработки определяется весом столба пород (от уровня залежи до поверхности), ограниченного в плане осями симметрии прилегающих к целику камер или просеков. На этой гипотезе основан метод расчёта Л. Д. Шевякова.

Аналогичные гипотезы о горном давлении на крепь подготовительных выработок исходили из предположения о действии на крепь веса столба пород от выработки до поверхности с основанием, равным пролёту выработки. Однако оно приводило даже для небольших глубин к нагрузкам, которые не могла бы выдержать крепь. Поэтому были выдвинуты гипотезы о действии на крепь веса пород в пределах треугольного или сводчатого объёма с основанием, по-прежнему равным пролёту выработки. Наибольшую известность получила гипотеза русского учёного М. М. Протодьяконова (1907), в которой указанный объём представляет собой параболический свод. Его высота (b) связана с полупролётом выработки (а) соотношением: b=а/f, где f -- тангенс угла внутреннего трения для сыпучих пород или коэффициент крепости для связных. Расчёты по этой формуле для глубин до 200-300 м (при отсутствии тектонических напряжений) дают практически приемлемые результаты.

Применительно к лавам угольных пластов гипотеза о весе пород свода трансформировалась в гипотезу о сводчатой форме распределения горного давления на крепь, параметры которого определяются по результатам натурных замеров и по качественным оценкам. Наряду с упомянутыми гипотезами развивалось направление, сводившее изучение горного давления к задаче изучения напряжённо-деформированного состояния массива, не потерявшего сплошности. Здесь широкое применение нашли методы механики деформируемых сред, в частности теории упругости, пластичности, ползучести и др. Упругое напряжённо-деформированное состояние в окрестности горизонтальной круглой подготовительной выработки теоретически изучено А. Леоном (Германия, 1908); им же совместно с Ф. Вильхаймом (Германия, 1910) поставлены опыты по разрушению стенок такой выработки на моделях из мрамора. Для вертикального ствола упругая задача решена советский учёным А. Н. Динником в 1926, попутно им дан вывод одной из наиболее распространённых формул для определения коэффициента бокового распора.

Более детальное решение для незакреплённого ствола получено советским учёным С. Г. Лехницким (1937). Упругопластичность, напряжённо-деформированное состояние в окрестности горизонтальной и вертикальной круглой выработки рассмотрел Р. Феннер (Чили, 1938). В его решении горное давление на крепь определяется минимальным значением, при котором окружающая выработку пластинная зона будет находиться в равновесии.

Принципиальной для развития теории горного давления явилась работа советского учёного Г. Н. Савина (1947), в которой использовано условие совместности перемещений контактирующих друг с другом точек поверхности выработки и крепи. Это позволило теоретически объяснить влияние податливости крепи на величину горного давления. А. Лабас (Бельгия, 1949) предложил рассматривать поведение пород в разрушенных областях вокруг выработок как поведение сыпучей среды, характеризующейся внутренним трением и сцеплением.

В 1954 советский учёный Г. Н. Кузнецов впервые сформулировал фундаментальные понятия о двух крайних режимах работы крепи: заданной нагрузки и заданной деформации; дальнейшее развитие эти понятия получили в работах советского учёного Г. А. Крупенникова и его школы. Г. Н. Кузнецовым сформулирована также концепция шарнирно-блочных систем, образующихся в кровле очистных выработок. Советский учёный К. В. Руппенейт на основе предложений Г. Н. Савина и А. Лабаса построил универсальную расчётную схему, позволяющую связать горное давление на крепь подготовительной выработки с упругими и прочностными свойствами пород. Ю. М. Либерман, модифицировав схему К. В. Руппенейта, разработал метод, позволяющий определить оптимальная жёсткость крепи. В конце 70-х гг. вновь возродился интерес к определению горного давления на крепь как веса некоторого объёма сыпучей породы; достижения в этой области связаны с работами советского учёного Е. И. Шемякина и др.

Систематическое изучение тектонических сил в массиве горных пород начато в СССР работами М. В. Гзовского в 1954 и продолжено И. А. Турчаниновым, Г. А. Марковым, за рубежом -- Н. Хастом (Швеция, 1958) и другими исследователями. Основные методы исследования горного давления -- аналитический, моделирование (оптическое и эквивалентными материалами) и натурные наблюдения.

2. Горное давление в ненарушенном (нетронутом) массиве

Если рассматривать массив, в котором ещё нет горных выработок, как однородный и изотропный с горизонтальной поверхностью и учитывать лишь гравитационные силы, то в нём будут действовать начальные нормальные напряжения:

где Н -- глубина от поверхности;

g -- объёмный вес;

х -- коэффициент бокового распора.

Начальные касательные напряжения txy, txz, tyz равны нулю; поэтому начальные напряжения представляют собой главные нормальные напряжения, а оси z, х, у -- главные оси (рис. 1).

В реальных природных средах действует большое число факторов, иногда сильно влияющих на изменение значения горного давления (например, направленность тектонических сил, как правило, вызывает неравенство горизонтальных составляющих).

3. Горное давление в капитальных и подготовительных выработках

При проведении горизонтальных капитальных и подготовительных выработок главные нормальные напряжения изменяются, а главные оси тензора напряжения поворачиваются по сравнению с начальными. В плоском сечении, перпендикулярном оси выработки (вдали от забоя), напряжённое состояние каждой точки можно охарактеризовать главными нормальными напряжениями s1 и s2 и линиями, указывающими направление главных осей в каждой точке, т.н. траекториями главных напряжений (рис. 2, а).

Напряжения s2 вблизи выработки уменьшаются по сравнению с напряжениями в нетронутом массиве, а напряжения s1 могут значительно возрастать или менять знак, вызывая опасное растяжение. Главные нормальные напряжения, направленные параллельно (или почти параллельно) оси выработки, вдали от забоя практически не изменяются. Концентрация напряжений s1, как правило, неодинакова в разных точках поверхности выработки, сильно возрастая в углах и закруглениях малого радиуса кривизны. Если концентрация напряжений не слишком велика, то напряжения s1 имеют общую тенденцию к убыванию при удалении от выработки (рис. 2, б), а s2 к возрастанию. При больших концентрациях напряжения превосходят соответствующие пределы прочности пород, и вблизи поверхности выработки эти породы начинают пластически деформироваться или хрупко разрушаться (зона неупругих деформаций). В этой зоне напряжения s1 падают по сравнению с теми значениями, которые наблюдались до её образования, и меняется характер их распределения (рис. 2, в). Максимум напряжений s1 приурочен к внешней границе зоны неупругих деформаций, на которой они могут претерпевать разрыв. Смещения точек поверхности выработки увеличиваются с удалением от забоя (рис. 3), однако на расстоянии 4-5 пролётов выработки наступает их стабилизация.

Дальнейший рост смещений во времени обусловлен реологическими свойствами горных пород. При прочих равных условиях смещения увеличиваются с ростом глубины разработки и уменьшением показателей прочности и модуля деформации пород.

Роль крепи в выработке сводится к предотвращению чрезмерного развития зоны неупругих деформаций и обрушения пород. При достаточно большой жёсткости крепи она работает в режиме заданной (или взаимовлияющей) деформации и горное давление возникает вследствие того, что крепь воспринимает прирост смещений с момента её установки, который зависит от давления (р). Поэтому последнее можно определить из условия совместности смещений:

где Ut (р) -- смещение поверхности выработки в момент времени t;

U0 -- смещение поверхности выработки до наступления контакта между крепью и этой поверхностью;

Utk (р) -- смещение контура крепи в момент времени t. Решение этого уравнения (относительно р) находят по графику (рис. 4).

При малой жёсткости крепи её смещения велики, и поэтому породы зоны неупругих деформаций отслаиваются от окружающих пород, нагружая крепь собственным весом (режим заданной нагрузки). В режиме заданной или взаимовлияющей деформации давление будет тем меньше, чем меньше жёсткость крепи. Этой возможностью снижения нагрузки пользуются на практике, создавая в крепи различные узлы и элементы податливости. Однако, чем меньше реакция крепи, тем больше размеры зоны неупругих деформаций, породы которой воздействуют на крепь своим весом. Таким образом, снижение жёсткости крепи имеет естественный предел -- оптимальную жёсткость, обеспечивающую минимальное давление в данных горно-геологических условиях. При невозможности (или затруднительности) регулировки жёсткости постоянной крепи (например, монолитной бетонной или металлобетонной) давление на неё снижают, возводя крепь на достаточном расстоянии от забоя и (или) спустя достаточное время после обнажения. В период от момента образования обнажения до возведения постоянной крепи соответствующие участки выработки поддерживаются временной крепью.

Для выработок, не испытывающих влияния очистных работ, типичное значение смещения контура выработки составляет 20-40 см, а давление на крепь -- 100-200 кПа. Однако в зависимости от типа крепи, глубины разработки, свойств пород и других факторов эти величины могут изменяться в несколько раз.

Влияние очистных работ приводит к увеличению смещений контура выработки. Если выработка непосредственно примыкает к лаве (например, откаточный и вентиляционной штреки), то смещения достигают половины вынимаемой мощности пласта. С целью уменьшения этого влияния применяют различные способы охраны горных выработок. Общий характер изменения напряжений при сооружении вертикальных выработок (стволов) такой же, как при проведении горизонтальной выработки. Взаимодействие мощной и жёсткой крепи ствола с массивом имеет характер взаимовлияющей деформации.

4. Горное давление в очистных выработках

При очистной выемке длинными забоями (лавами) характер горного давления и его проявлений существенно иной, чем в подготовительных выработках и стволах (рис. 5).

Это связано с обнажением пород на больших площадях и наличием постоянного перемещения забоя, играющего существенную роль в формировании проявлений горного давления. Угольный пласт впереди забоя является опорой для кровли, поэтому в нём возникают повышенные нормальные напряжения (опорное давление), вызывающие частичное разрушение и выдавливание призабойной части пласта (отжим угля). В кровле очистной выработки основным видом смещений пород является послойный изгиб с образованием зазоров и щелей между отдельными слоями (расслоение и отслоение). При определенной величине подвигания забоя возможно разрушение слоев горных пород и обрушение их в выработку. Чтобы не допустить массового обрушения в призабойное пространство с разрушением крепи, применяют различные способы управления горным давлением (например, полное обрушение и закладку выработанного пространства). При полном обрушении индивидуальная крепь выбивается за задней границей призабойного пространства, вследствие чего нижний слой кровли (так называемая непосредственная кровля) обрушается по границе, которая обычно усиливается специальной посадочной крепью. Оставшаяся над призабойным пространством непосредственная кровля может быть надёжно поддержана призабойной крепью. Процесс обрушения в выработанном пространстве по мере подвигания забоя распространяется в висячий бок, захватывая вначале идущую вслед за непосредственной основную кровлю, а затем и вышележащие слои. По мере удаления от пласта беспорядочное обрушение сменяется упорядоченным обрушением и плавным опусканием слоев, уменьшающимся с увеличением степени разрыхления и мощности обрушающейся непосредственной кровли.

При работе с механизированной крепью непосредственная кровля обрушается вслед за передвижением крепи. Основная кровля некоторых пластов представляет собой мощные слои прочной породы (например, песчаника). Такая кровля обрушается только при очень значительном подвигании забоя, что вызывает усиленное давление на крепь. Эффективное управление горного давления при подобных труднообрушающихся кровлях возможно путём предварительного ослабления их впереди линии забоя взрыванием мощных скважинных зарядов (торпед), гидроразрыхлением и т.п. Перспективно также применение механизированных крепей высокого сопротивления. При слабых породах почвы, в которые вдавливается крепь, используют специальные расширенные опоры. Для управления горным давлением на крутопадающих пластах применяется закладка выработанного пространства, которая препятствует прогибу слоев кровли, ликвидируя чрезмерные изгибающие моменты и возможность обрушения.

Горное давление на крепь очистной выработки вычисляется с учётом условий её работы в режиме заданной нагрузки или заданной (взаимовлияющей) деформации аналогично горному давлению на крепи капитальных и подготовительных выработок. При этом слои кровли рассматриваются как балки, плиты или шарнирно-блочные системы. Размеры зоны расслоения, в пределах которой образуется система взаимодействующих балок (плит), определяются методами механики деформируемой среды. Балки (плиты) считаются загруженными собственным весом, а также пригрузкой со стороны вышележащих слоев. Величина пригрузки определяется из эмпирических соотношений, полученных на основе лабораторных экспериментов, или аналитического вывода, базирующегося на условии совместности смещений. Шарнирно-блочная система образуется в результате упорядоченного разрушения балок (плит) и состоит из блоков пород кровли, которые взаимодействуют между собой в отдельных точках и на целых поверхностях. Сами блоки практически не деформируются, но поворачиваются друг относительно друга, взаимно проскальзывают с трением на поверхностях. Поведение таких шарнирно-блочных систем и их взаимодействие с крепью рассчитываются методами строительной механики. Расчёт давления беспорядочно обрушенных пород и закладочных материалов на крепи осуществляется также методами механики сыпучей среды. Для анализа схем работы кровли и главным образом для практического выбора способов управления горным давлением широко используются различные классификации структур кровель.

5. Горное давление в целиках

Напряжённое состояние достаточно высоких (по сравнению с характерным размером основания) междукамерных столбчатых и ленточных целиков является соответственно приближённо одноосным или двухосным. Расчёты и экспериментальные исследования показывают, что междукамерные целики, находящиеся вблизи массивных панельных или барьерных целиков, а также вблизи границ залежи, в известной степени разгружены от горного давления. В широких целиках распределение напряжений по сечению существенно неравномерно и зависит от механических свойств горных пород целика почвы и кровли. В целиках, сложенных крепкими, хрупкими породами и залегающими в таких же породах, значительные концентрации напряжений наблюдаются вблизи стенок. При существенно пластичных породах (уголь, некоторые руды) у стенок целика происходит спад напряжений. В средней части широкого целика может образоваться "ядро", находящееся в объёмном напряжённом состоянии, что повышает несущую способность целика. Для учёта этого повышения применяют эмпирические коэффициенты, а также используют закономерности, полученные на основе использования теории предельного равновесия.

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

7. Горное давление. Виды горного давления.

Горное давление – это силы (напряжения), возникающие в массиве пород, окружающих горную выработку. Проявляется: в виде прогиба кровли, вспучивания почвы, растрескивания, сдвижения, деформации и разрушения пород вокруг выработки, раздавливание и отжиме целиков угля, увеличения нагрузки на крепь, внезапных выбросах угля и газа, горных ударов и пр.Горное давление зависит от глубины расположения выработки, физико – механических свойств горных пород (трещиноватости, крепости, управляемости, обрушаемости и тд.), мощности и угла залегания пластов, размера поперечного сечения выработки, способов выемки угля, механической характеристики крепи и многих других параметров.Эффективность и безопасность горных работ в значительной степени зависят от характера проявления горного давления и от умения управлять им.Управление горным давлением (кровлей) – совокупность мероприятий по регулированию проявлений горного давления в призабойном пространстве очистной выработки и прилегающих к ней подготовительных выработок с целью обеспечения безопасности работ и необходимых производственных условий.

16. Состав и назначение аммонитов.

Читайте также:

Реферат давление в горах

Похожие страницы:

Виды Горных пород

Технология проведения горных выработок

Горные породы и их виды

Горные породы Сибири

Горная крепь