§ 57. Вертикальная выработка

В отличие от горизонтальных выработок незакрепленное верти­кальные выработки, в особенности стволы шахт, не встречаются. Не­которое исключение еще в цедавнее время составляли дудки — вер­тикальные неглубокие выработки, кругового сечения (0,8—1,0 м), которые применялись при разработке железной руды в Подмосков­ном бассейне. Однако при проведении стволов шахт при соответст­вующих условиях временно оставляются незакрепленными отдельные участки (звенья), высота которых составляет иногда несколько десят­ков метров. При разработке рудных месторождений нередко приме­няются незакрепленные вертикальные гезенки (восстающие) круго­вого или прямоугольного с закругленными углами сечения.

При прямоугольном поперечном сечении устойчивость стенок верти­кальной выработки зависит от соотношения линейных размеров сечения и показателей состояния боковых пород. В каждом отдельном случае при известных ограни-

чениях устойчивость мо­жет быть поверена для условий плоской задачи, как и в горизонтальных выработках, при наличии

max

Р —

Фиг. 50. Изолинии главных нормальных напряжений вокруг кругового сечения.

И Т„

шах, ^Jmin

¹ J

изолиний а

Давление при этом прини­мается боковым и рав­номерным со всех сторон, зависящим от глубины расположения рассматри­ваемого сечения.

! 1,1 !

В этом случае на основании данных

COS0

2 Я,

пр>

90° — р

Высоту участка (звена) ствола шахты А₀, который временно при проходке оставляется без крепле­ния, можно приближенно рассматривать как высо­ту свободного стояния, вертикального обнажения породы, нагруженную сверху толщей пород вер­тикальной мощности, рав­ной глубине пройденной и закрепленной части ствола § 50 будем иметь:

Sin⁸

где коэфициент сцепления k_mix и угол следует брать с учетом необходимого запаса устойчивости обнажения; Я_пр — приведенная к объемному весу породы рассматриваемого звена вертикальная, мощ­ность вышерасположенных (до дневной поверхности) пород. Эта фор­мула дает, конечно, приближенные результаты.

Обратимся к стволам шахт кругового сечения. На фиг. 50 и 51 (линии) даны изолинии з_шах, 3_min и для вертикальных выработок кругового сечения при равномерном боковом давлении. Здесь для точек на периметре сечекия

2р и 3_min » 0

и, таким образом,

Условие устойчивости на основании теории наибольших касатель-

I | р ных напряжений будет:

*Г * * 0.040 * f ь max

Фиг. 51. Изолинии главных касательных напряжений при круговом сечении.

^Tmax — Р '

где o_s—предел текучести породы при про­стом растяжении.

Боковое давление р связано с глубиною рас­положения рассматривае­мого сечения Н извест­ным соотношением:

l-ii

и условие устойчивости может быть написано и в следующем виде:

Я <

2,а

1 -|i ' ^ 2 '

откуда

1

(1,57)

вышении которой стенки теряют устойчивость.

Из изложенного видно, что устойчивость стенок ствола шахты не зависит от диаметра его сечения. Между тем на практике такая зависимость отчет­ливо наблюдается. Для исследования этого во­проса воспользуемся име­ющимися теоретическими работами, в частности работой С. Г. Лехницкого (65).

Последним была ре­шена задача определения напряжений в упругом изотропном массиве вбли­зи вертикальной цилин­дрической выработкикру- гового сечения при допущении, что глубина выработки неограниченно ве­лика и массив находится в равновесии под влиянием собственного веса.

Это условие теорети­чески определяет в одно­родной породе ту глу-

\ бину выработки, при пре­

Фиг. 52. Напряжения в стенке вертикальной цилин­дрической выработки.

У.'

у*

Прямоугольные и цилиндрические координаты показаны на фиг. 52. Так как в данном случае имеет место тело вращения, то из шести

достаточны только четыре компонента напряжения в точке мас­сива

z*

м- ../11 в²

з_г = —yz и т,,=0, (2,57)

*

где а — радиус сечения выработки

Из (2,57) следует, что нормальное напряжение а, получает свое наибольшее

значение в бесконечно удаленной точке (г —'^о), а наи­меньшее значение, —0— на периметре сечения (г = а) Что же ка­сается нормального напряжения то на периметре сечения (г—а) величина его является максимальной и составляет

МЕХАНИКА ГОРНЫХ ПОРОД 2

у-Ot-4_S-0, 37

/=tga₀, 41

¹ J 123

ч 136

7(1+1*) -и)

где С — постоянная, зависящая о г начальной плоскости отсчета сме­щении

Согласно (3,57), величина смещения какой-либо точки, принадле­жащей периметру сечения, составляет:

-—sy^f*- - <⁴'⁵⁷>

г. е для данных сечения (г— const) и физических свойств породы (у, Е, р.) прямо пропорциональны величине радиуса сечения.

Практически величина смещения (4,57) в пределах упругости ничтожна. Так, например, при у =0,0025 кг]см³, [х — 0,25, Е =» — 200000 кг\см^ъ и г = 200 м получается:

и, — 0,0001 а,

что при а — 2,5 м составляет около 0,25 мм

Если смещения и не в лходят из пределов упругости, то выработ­ка будет устойчива Зависимость смещений и от радиуса сечения а, несомненно, сохранится и при пластическом смещении Таким обра­зом, устойчивость вертикальных выработок кругового сечения в об­щем случае зависит также и от радиуса сечения

В. ЦЕЛИКИ § 58. Определения _у

Целики—сравнительно небольшие участки залежи полезного ископа- ечого или пустой породы, оставляемые в предохранительных целях нетронутыми при подземных разработках. Целики подразделяются на собственно предохра! ительные, охранные и барьерные Первые служат для предохраье' ия примыкающих к ним выработок, незак­

репленных или с крепью, от опасных деформаций, а вторые—для предохранения дневной поверхности (с Находящимися иа ней cobpy- жениями) от влияния подземных разработок. Барьерные целики име­ют целью защиту действующих выработок от прорыва в них газов и воды из соседних выработанных пространств.

Среди собственно предохранительных различают .целики: около­ствольные, междукамерные, околоштрековые, столбы, ножки и др. Околоствольные предохранительные целики одновременно являются и охранными целиками. Такую же двойную роль могут выполнять и другие виды предохранительных целиков.

Целики являются навсегда потерянными или же полностью или частью извлекаются при подземных разработках. Чаще всего они являются потерянными. Отсюда важное значение приобретает вопрос о размерах целиков. С одной стороны, эти размеры должны обеспе­чить устойчивость и прочность целнка, а с другой — они должны быть возможно меньшими с тем чтобы потери полезного ископае­мого при оставлении целиков невынутыми были «ебольшими. Пос­леднее обстоятельство имеет, по понятным причинам, важное эконо­мическое значение.

Целики, как и рудничная крепь, служат для поддержания выработок в безопасном состоянии. Поэтому их можно рассматривать в разделе, где трактуется о рудничной крепи. Одйако более удобно целики рассмотреть здесь, в связи с устойчивостью выработок.