Горное давление

Это совокупность силовых полей, возникаю­щих за счет массы породы. При нарушении равновесия этих сил горной выработкой вся толща горной породы над выработкой или часть ее приходит в движение - деформируется, оказывая давление на обделку выработки.

На глубине Н от поверхности вертикальные напряжения в гор­ной породе равны

              (28.1)

Вертикальная деформация сжатия от этого напряжения

                  (28.2)

Горизонтальные деформации растяжения  (для изотроп­ной среды) от действия напряжения равны нулю, так как порода находится в условиях всестороннего сжатия. Отсутствие деформа­ций  и  обязано наличию напряжений и , препятствующих деформациям. При устройстве туннельной выработки напряжения в породе возрастают и создается возможность деформации растя­жения

           (28.3)

Возрастание напряжения обычно характеризуется коэффициен­том концентрации k, равным отношению значений напряжений пос­ле выработки к значению напряжений до выработки.

Тогда растягивающие напряжения

               (28.4)

 сжимающие напряжения

              (28.5)

где k₁ и k₂ - коэффициенты концентрации растягивающих и сжи­мающих напряжений; Е и - модуль упругости горной породы и коэффициент поперечной деформации - коэффициент Пуассона.
При пластических деформациях произойдет разрушение породы. При разрушении изменяется характер напряжений породы (рис. 28.3). Непосредственно у выработки образуется область 1 пони­женных напряжений, где разрушены породы    и создается    вертикальное и

 Рис.   28.3   Области   напряжений   в   горном массиве при выработке

горизонтальное горное давление на крепь и обделку, и область 2 повышенных напряжений , которая плавно пе­реходит в область 3 напряжений .

Наиболее важными факторами в формировании горного давле­ния являются физико-механические свойства породы, ее прочность и стратиграфия - характер   напластования и форма залегания, а также размеры выработки и ее    форма,    деформативная способность  крепи, обделки, время нахождения  выработ­ки без   крепления, взаимное расположение выработок (если    их несколько)    и др. Угол наклона  (падения)  по­род может   существенно из­менить    характер     горного давления - при   крутом   па­дении пластов горное давле­ние    асимметрично, и могут возникнуть         деформации сползания пород в выработку. Горное давление меньше под сводом антиклинали, чем при выработке в зоне синклинали. Горная выработка может располагаться под уровнем грунтовых вод, тогда она получит дополнительную нагрузку в виде гидростатического давле­ния воды.

Величину горного давления, действующего на обделку, можно определить приближенно теоретическим расчетом для принятия предварительных решений. При составлении проектов ответствен­ных и крупных объектов величину, характер горного давления оп­ределяют экспериментальным путем в опытных выработках. Тео­ретические методы расчета по определению горного давления, дей­ствующего на обделку, основываются на различных гипотезах и соображениях: законе гидростатического распределения давления воды по глубине выработки, теории сыпучих тел, теории упругости, использовании натурных наблюдений за поведением горных по­род - образования свода обрушения. Наибольшее распространение получил метод, предложенный М. М. Протодьяконовым, так назы­ваемый метод расчета по своду обрушения с использованием тео­рии сыпучих тел. Здесь коэффициент трения принимается с учетом удельного сцепления С, названного М. М. Протодьяконовым коэф­фициентом крепости

             (28.6)

где f  и р - коэффициент внутреннего трения и вертикальная на­грузка.

Для сыпучих пород , для скальных , где  угол внутреннего трения сыпучих пород и R - предел прочности на сжатие скальной породы. Для песка, мелкого гравия, насыпной земли f_к = 0,5, глины крепного наноса - 1,0; мягких скальных по­род - 2. Для пород средней крепости - крепких сланцев, некрепких песчаников известняков, мягких конгломератов - f_к = 4, доволь­но крепких - обыкновенного песчаника - 6; крепких - гранита, очень крепких песчаников и известняков, крепких конгломератов - 10; в высшей степени крепких - 20.