Расчет горного давления в наклонных выработках

Наклонные выработки (наклонные стволы, восстающие, ге­зенки и др.) по положению в земной коре занимают промежуточное положение между горизонтальными и вертикальными. Поэтому в зависимости от угла наклона выработки величина горного давления будет изменяться. В горизонтальной выра­ботке, как известно, преимущественно проявляется вертикаль­ное давление, а в вертикальной — боковое.

В наклонной выработке, как и в горизонтальной, при не­устойчивой кровле развивается свод обрушения. Вес породы в пределах свода обрушения может быть разложен на две со­ставляющие: нормальную N и тангенциальную Т. Нормальная сила N, перпендикулярная к продольной оси выра­ботки, оказывает непосредственное давление на крепь: N = Q соs α, где α — угол наклона выработки. Тангенциальная сила, ко­торая определяется из выражения Т = Q sin α, оказывает боковое воздействие на крепь вдоль кровли выработки, стремясь опрокинуть крепь. При малых углах наклона сила Т невелика и ее в расчет не принимают. С увеличением угла наклона выра­ботки величина этой силы возрастает и при углах более 45° может достичь большого значения.

Проф. П. М. Цимбаревич предложил определять величину горного давления в наклонных выработках следующим образом. При угле наклона выработки до 45°: N = Q соs α;

при угле наклона 45—80°: N = Q соs 45°;

и при угле наклона более 80° величина горного давления опреде­ляется, как для вертикальных выработок.

При неустойчивой кровле и устойчивых боках величина гор­ного давления для наклонной выработки может быть опреде­лена по методике проф. М. М. Протодьяконова, предложенной для горизонтальной выработки. Если неустой­чивы кровля и бока, то необходимо учитывать и боковое дав­ление. В этом случае может быть использована расчетная схема проф. П. М. Цимбаревича. В обоих случаях при расчете вер­тикального давления необходимо определять вертикальную высоту свода обрушения, которая будет несколько больше, чем в горизонтальной выработке:

при устойчивых боках: ;

при неустойчивых боках: .

Величину а₁ в зависимости от формы выработки рассчиты­вают по формулам:

или .

При определении полу­пролета свода по этим формулам необходимо иметь в виду, что в расчет необходимо ввести вместо величины h вертикаль­ную высоту наклонной выработки h₁:

При α>80° для расчета величины горного давления в на­клонной выработке могут быть использованы формулы, пред­ложенные для вертикальных выработок.

Свод.

Наиболее правильная форма свода наблюдается в однородных породах. В сланцах образуется свод в форме уступа, а пластичные и вязкие породы не обрушаются, а прогибаются. Таким образом, в кровле постепенно формируется свод обрушения, имеющий параболическое очертание. Различают свод обрушения (видимая полость) и свод естественного равновесия - воображаемый ­свод параболического очертания над кровлей выработки, на границах которого действуют в основном только сжимающие напряжения, что способствует его устойчивости. Своды обру­шения и естественного равновесия могут совпадать по контуру, если породы кровли, например, сложены слабосцементирован­ным песчаником.

На формы и размеры сводообразований над выработками оказы­вают влияние следующие факторы:

• физико-механические свойства горных пород;

• форма и размеры поперечного сечения выработки;

• глубина распространения выработки от земной поверхности;

• срок службы выработки;

• угол падения пород;

• наличие выработанных пространств выше и ниже выработки;

• способ охраны выработок от влияния очистных работ;

• обводненность окружающих выработку пород, особенно если они трещиноваты и имеют глинистые включения;

• длительное пребывание выработки без крепи;

• конструкция, прочность и долго­вечность, применяемой крепи в выработке.