§ 43, О динамической прочности горной породы в забое

р I

Изложенное в § 42 относилось глав >ым образом к ударному сжа- 1ию в условиях простого напряженного состояния. Эти условия не отвечают условиям разрушения горной породы в забое (при добыче). Здесь ударные нагрузки (работа отбойного молотка, ударное бурение шпуров и т. п ) прикладываются в отдельных точках, и разрушение породы носит местный характер. Напряженное состояние породы оказывается объемным. Вопрос о динамической прочности породы в таких условиях совсем не изучен. Существует мнение, что для условий местного разрушения породы показатель динамической проч­ности более удобно заменить показателем твердости, измеряемой работой образования новой поверхности [55].

Глава VI

УСТОЙЧИВОСТЬ ОБНАЖЕНИЙ ГОРНЫХ ПОРОД В ВЫРАБОТКАХ

$ 44. Определения

В этой главе имеются в виду» обнажения горных пород, получае­мые при проведении выработок открытых и подземных. Борт карье­ра или потолок, стенки и почва подземной горизонтальной выработ­ки представляот примеры таких обнажений.

Проведение горной выработки нарушает первоначальное напря­женное состояние массива в некоторой области вокруг выработки. Нарушение сводится к изменению однозначности напряженного со­стояния этой области и к местной концентрации напряжений. В по­толке, например, горизонтальной выработки прямоугольного попе­речного сечения появляются вместо сжимающих растягивающие напряжения, а в стенках имеет место значительная концентрация сжимающих напряжений. Таким образом, появляется новое поле на­пряжений, отличное от первоначального. Характеристики этого но­вого поля определяются: глубиною расположения выработки, фор­мой и соотношением размеров поперечного сечения ее, положени­ем оси выработки относительно горизонта, а также параметрами состояния боковых пород.

Появление нового поля напряжений вокруг выработки сопровож­дается деформациями обнажений пород. В зависимости от характера этих деформаций обнажение будет устойчивым или неустойчивым

Если в течение длительного промежуткт времени деформации обнажения породы в выработке не выходят из пределов упругости, ю состояние обнажения может быть названо устойчивым. Приме­ром могут служить обнажения в выработках, не требующих руднич­ной крепи.

При известных условиях деформация обнажения может оказать­ся пла'стической В таких случаях поверхность обнажения заметным образом изменяет свое первоначальное положение. Состояние обна­жения оказывается неустойчивым. Примеров таких обнажений на практике имеется весьма много.

Развитие пластической деформации с течением времени может приостановиться или же закончиться достижением породой предела прочности. В первом случае состояние обнажения -может быть оце­нено как состояние неустойчивого равновесия. Практически, однако,

такие обнажения следует рассматривать как неустойчивые. Второй случай является типичным для неустойчивых обнажений. При дости­жении породой предела прочности в обнажении появляются трещи­ны, наблюдаются выпадения отдельных кусков породы и т. д. Со­стояние неустойчивого равновесия может иметь место также и в слу­чаях, когда одни участки обнажения деформированы упруго, а дру­гие—пластически, однако без достижения в течение некоторого промежутка времени предела прочности.

При устойчивом состоянии обнажения потенциальная энергия его имеет минимальное значение, а это возможно только при условии упругих деформаций. Наоборот, неустойчивое обнажение энергети­чески не соответствует минимуму его свободной энергии. Общая энергия здесь повышена. С течением времени ее связанная часть, определяющая процесс как необратимый, постепенно увеличивается.

Состояние устойчивости или неустойчивости обнажения можно трактовать так ..же, как результат взаимодействия активных сил Р (вес породы во всех случаях и давление воды в некоторых частных случаях) и сил сопротивления Q (молекулярное спепление и силы трения, если некоторая часть обнажения приходит в движение). Условием устойчивого состояния является P<tQ, для неустойчивого состояния P>Q.

Устойчивость обнажений часто отождествляется с устойчивостью выработок как сооружения. Однако это правильно только для выра­боток без рудничной крепи. С помощью крепи устойчивая выработ­ка может быть получена к при неустойчивых обнажениях горных пород.

Выше было отмечено, что деформации обнажений горных пород— следствие изменения первоначального напряженного состояния последних в результате проведения выработки. Это изменение мож­но рассматривать как результат действия так называемого горного давления. Прэтому последнее может быть определено как объемная сила, которой обязаны деформации (как упругие, так и пластические обнажений горных пород в выработках.

Часто термин „горное давление" трактуется в более узком смысле, а именно — как давление горных пород на рудничную крепь В этом случае предполагается наличие неустойчивых обнажений, требую­щих применения рудничной крепи, которая препятствует развитию деформаций обнажений и тем самым испытывает со стороны пород 1 екоторую нагрузку (давление). Эта-нагрузка не является в прямом смысле поверхностной, однако в расчетном отношении часто упо­добляется таковой.

На практике обычно приходится иметь дело с неустойчивыми обнажениями горных пород, т. е. применять рудничную крепь. Есте­ственно, что определение величины горного давления при этом пред­ставляет исключительно важную задачу. Этот вопрос рассматривает­ся в главе VII.