Порочный массив имеет
существенную механическую особенность. До начала производства горных работ
породы находятся в напряженном состоянии, которое называется начальным.
На формирование начального
напряженного состояния влияет комплекс факторов, которые можно разделить на
две группы: 1) факторы, действующие постоянно и повсеместно; 2) факторы,
действующие временно и локально. Первая группа включает такие факторы:
гравитационное и температурное поля, физико-механические свойства и
структурно- механические особенности горных массивов, формы рельефа земной поверхности.
Вторая группа факторов учитывает влияние тектонических и горнообразовательных
процессов, действие подземных газов, вод и производственную деятельность
человека.
Основными силами, формирующими
начальное напряженное состояние массивов, являются силы земного притяжения.
Составляющую силу этого притяжения можно оценить при помощи методов механики
сплошной или дискретной среда, которые рассматриваются в общеинженерных курсах.
Дня этого надо принять соответствующую модель массива.
Простейшую модель породного
массива можно представить в виде единичного куба, на который действуют
вертикальные δ1, и горизонтальные
напряжения δ2 и δ3 (рис.
2.1, а).
Здесь δ1=γН и δ2=δ1,
где γ - средняя
объемная масса пород, тс/м3; Н - глубина залегания, м.
Поперечному (в горизонтальной плоскости)
расширению кубика породы от вертикальной составляющей напряжении δ1 будет
препятствовать окружающий его породный массив, и тогда относительная поперечная
деформация равна
ε2=ε3=0
Результирующую деформацию по
направлению δ2 или δ3 можно записать двумя способами
где Е - модуль упругости породы при простом сжатии; µ - коэффициент Пуассона.
Откуда при δ2=δ3
получим
δ2=δ3=µδ1/(1-µ)
где µ/(1-µ)=λ – коэффициент бокового
распора.
Поле начальных
напряжений, в котором λ=1 (при µ=
0,5)
называется гидростатическим, а поле, в котором λ≠1 - негидростатическим.
Начальное напряженное состояние
породного массива в значительной степени зависит от глубины залегания и
механических свойств пород. В слоистом анизотропном массиве это состояние
может меняться по площади и связано с непостоянством механических и деформационных
характеристик. При наличии участков с менее прочными углями (породами) рис. 2.1
(б, в, участки 1 и 2) на их границах возможны аномалии распределения
нормальных к, напластованию напряжений δн с образованием зон, в
которых эти напряжения превышают напряжения, вызванные собственной массой
пород (рис. 2.1, б, в). На крутых пластах (рис. 2.1, в) аномалии имеют место
тогда, когда горизонтальная компонента превышает силы гравитации.
Значительные изменения в
начальное напряженное состояние вносят тектонические нарушения. Вблизи
нарушений (рис. 2.1, участок 2) моральные напряжения δн превышают
напряжения от сил тяжести в несколько раз. Это объясняется тем, что
непосредственно у плоскости смещения уголь перемят, имеет малую крепость и
воспринимает сравнительно небольшие нагрузки. Возникает аномалия напряжений δн,
сопровождающаяся повышением их на некотором удалении от плоскости смещения
пород. При этом повышенные нормальные напряжения возникают с внешней стороны
острого угла АОВ (рис. 2.1, г), определяющего
плоскость смещения пород.
Тектонические нарушения оказывают
существенное влияние и на коэффициент бокового распора.
Наиболее заметное влияние на
начальное напряженное состояние оказывает проведение горных выработок и
особенно производство очистных работ. В этом случае вокруг
выработок возникают зоны аномалий, и пределах которых нормальные к
напластованию напряжения в несколько раз превышают напряжения в нетронутом
массиве.
Комментариев нет:
Отправить комментарий