Ольденготт М., д-р инж., Бохум
Возможность уменьшения деформаций породного массива и конвергенции выработок заключается в перемещении напряжений из зоны вокруг выработки в ненарушенный породный массив с хорошей несущей способностью. Разгрузку слоев почвы от напряжений можно осуществить за счет прорезания щели. Тогда возможная зона смятия смещается глубже в породный массив.
Неудачными результаты этого мероприятия могут быть в тех случаях, когда слои, расположенные глубже щели, разрушаются и поднимают вверх «прорезанный» породный блок ли когда щель вследствие трещино- и клинообразования в ослабленной зоне закрывается. Понятно, что разрушение слоев, расположенных под щелью, следует обязательно предотвратить. Ответ на вопрос, будет ли происходить разрушение этих слоев, зависит исключительно от выбранной глубины щели (рис. 1).
|
|
Рисунок 1 – Воздействие на почву при меньшей (слева) и большей глубине щели
1) Если эта глубина меньше половины ширины штрека, слои, расположенные под щелью, деформируются и поднимают «прорезанный» блок вверх, поскольку прочность породы на изгиб очень невелика.
2) Если глубина щели больше половины ширины штрека, «прорезанный» блок нагружается не на изгиб, а на сдвиг. Большое сопротивление породы сдвигу препятствует выжиманию этого блока вверх нижележащими слоями.
Чтобы замедлить процесс закрывания щели, ее следует заполнить закладочным материалом. За счет прочности этого материала как бы создается дополнительное сопротивление крепи против выдавливания пород из боков выработки. Идеальным является материал, который при сжатии ведет себя так же, как гидравлическая стойка, т.е. оказывает высокое начальное сопротивление и при дальнейшем нарастании нагрузки обладает постоянным сопротивлением деформации. Материалом с подобными свойствами является, например, пенополиуретан (PUR). Прочность этого материала, изготовленного специально для горной промышленности, колеблется от 5 до 10 Н/мм2. Сопротивление крепи сдвигающейся нагрузке из боков выработки составляет тогда соответственно от 5000 до 10000 кН/м2.
Ширина щели должна составлять около 30 см. Если, несмотря на это, под воздействием горного давления щель полностью закрывается, в результате дальнейшего сдвижения пород поднятие почвы будет не меньше, чем в штреках без прорези в почве.
Благодаря устройству щели в почве штрека горизонтальные напряжения на нижнем контуре выработки перемещаются в глубину массива. Прорезанные щелью породные слои почвы разгружаются от горизонтальных напряжений, а зона возможного снятия пород перемещается на большую глубину. В зоне породных слоев, прорезанных контуром выработки и щелью, вследствие вертикальных напряжений происходит взаимное сближение боков выработки и смыкание стенок разгрузочной щели.
Пучение пород почвы, прорезанных разгрузочной щелью, может происходить тогда, когда породные слои, расположенные ниже разгрузочной щели, смыкаются под действием горизонтальных напряжений и приподнимаются прорезанный щелью породный блок, а также в случае закрытия разгрузочной щели при растрескивании породного массива.
С точки зрения механики горных пород область применения способа разгрузочных щелей не ограничивается. Однако с увеличением прочности пород производительность щеленарезных машин снижается до невозможности их применения или это связано с непомерно высокими расходами. Следовательно, область применения разгрузочных щелей может ограничиваться породами от небольшой до средней прочности.