1.   Горное давление и его влияние на сечение горной выработки

Горные породы внутри земной коры находятся в состоянии напряженного равновесия, вызываемого действием сил гравитационного и тектонического характера. Из-за отсутствия свободных пространств внутри массива без влияния внешних сил породы не могут перемещаться, изгибаться или изменять свою форму.

При проведении в толще пород горных выработок вокруг них происходит перераспределение напряжений, в процессе которого породы стремятся перейти в новое состояние равновесия и претерпевают те или иные деформации. Напряжения или силы, возникающие внутри массива горных пород вследствие проведения выработки и вызывающие деформации окружающих выработку горных пород, называются горным давлением.

Характер и величина горного давления зависят от физико-механических свойств горных пород, глубины заложения выработки от поверхности, формы и размеров ее поперечного сечения, положения выработки в пространстве и других факторов.

Под действием горного давления породы в кровле пройденной горизонтальной или наклонной выработки первоначально прогибаются. Затем, когда прогиб достигает известного предела (временного сопротивления на изгиб), в них образуются трещины, вначале незаметные, а затем все увеличивающиеся и разветвляющиеся. По мере расширения трещин происходят нарушение связи между частицами пород, выпадение отдельных ее кусков и обрушение кровли. После обрушения пород кровля выработки часто принимает форму свода. Наиболее правильная форма свода на­блюдается в однородных породах, равномерно разбитых трещинами. Трещиноватые сланцы при обрушении образуют уступную форму свода, а пластичные и вязкие породы не обрушаются, а прогибаются.

Для сохранения заданной формы и размеров выработок в неустойчивых породах необходимо возведение крепи, которая, воспринимая горное давление, замедляет процесс прогиба и препятствует обрушению пород. Горное давление, воспринимаемое выработкой, достигает максимального значения не сразу после ее проведения. Вначале оно возрастает и называется первичным. Через некоторое время нарастание давления прекращается, оно остается по величине постоянным и называется вторичным или установившимся.

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)

b = а/f

где а — полупролет выработки, м;

f — коэффициент крепости пород.

Рисунок 1. – Схема к гипотезе свода естественного равновесия

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 т, 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. ............