ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Одно приложение механики разрушения к горному делу из "Механика хрупкого разрушения " Горным ударом называют взрывообразное внезапное разрушение породы в окрестности выработки, происходящее без выделения газа оно преставляет собой одно из проявлений горного давления и тем опаснее, чем больше глубина горных работ и прочность породы. [c.212] Горные удары происходят при прохождении подготовительных выработок в их действующ,их забоях, еще более часты горные удары в целиках различного назначения, в забоях очистных выработок., В подготовительных выработках гориые удары, с выбросом в последних горной массы, происходят в забоях, стенках выработок и в почве. Горные удары происходят в старых выработках, в старых целиках, и удары эти, как правило, весьма большой мощности. Часто горные удары не сопровождаются выбросом массы в выработки, а их проявление выражается в виде сейсмической волны, аналогичной землетрясению ). [c.212] Возникновение горного -удара. Механизм горного удара мо но уяснить из следующей простейшей теоретической схемы [ ° ]. Пусть в горном массиве, который представим для простоты однородным и изотропным телом, проводится горизонтальная выработка высоты h (рис. 65). Считаем, что выработка имеет прямоугольную форму и находится в поле горного давления (ai — боковое, вертикальное давление) будем считать, что размеры выработки в плане существенно превышают при этом все процессы деформирования и разрушения будут рассматриваться в плоскости чертежа (плоская задача). [c.212] Мысленно вырежем прямоугольную область AB D длины I на протяжении выработки (см. рис. 65) и приложим к границам этой области АВ, ВС и D нормальные и касательные нагрузки, равные соответствующим напряжениям в сплошном теле. [c.212] Здесь р—безразмерный коэффициент концентрации напряжений, зависящий от формы выработки, а также от расположения и типа крепи (он определяется из решения соответствующей задачи теории упругости или опытным путем), pg — средний удельный вес горной породы, Н — глубина заложения выработки. [c.214] Здесь а — безразмерная функция Ijh, зависящая также от формы выработки и прочих факторов, ас — предел прочности породы на одноосное сжатие. [c.214] При малых ///г механизм разрушения может быть связан только с раздавливанием тонкого слоя вследствие одноосного сжатия поэтому при малых Ijh будет а 1. При Ijh 1 разрушение происходит вследствие сдвига вдоль АВ и D, поэтому соответствующие значения коэффициента а будут меньше единицы. Сопротивление сдвигу будет особенно малым, если вдоль АВ и D имеются малопрочные прослойки или трещины, что часто встречается на практике. [c.214] Из указанного характера кривых следует, что явление горного удара объясняется первоначальным касанием кривых N I) и Tf l) не в начале координат, а при некотрром / 0. Если бы равенство N 1)= Tf l) впервые достигалось при / = О, то проблемы горного удара не существовало бы, так как происходило бы явление, аналогичное смыканию (обрушению) кровли. Управление процессом обрушения кровли не представляет трудностей вследствие его равномерности и маломощности. [c.214] Усложняющие факторы а) неоднородность и неизо1гроп-ность горной породы, б) естественная трещиноватость, в) неуп-ругость деформационных свойств породы, г) различные формы выработок и применение крепи —значительно затрудняют количественное описание возникновения горного удара, но не влияют на указанную выше качественную картину. [c.214] Локальный критерий безопасности. Рассмотрим теперь слу-чай, когда в некоторой окрестности края выработки реализуется промежуточная асимптотика, характерная для концов разрезов нулевой толщины. Теоретически такая асимптотика имеет место при условии L /г на расстояниях г от края таких, что Л г L. Точный расчет для случая эллиптического отверстия (гл. III, 10) показывает, что с приемлемой точностью это условие можно считать выполняющимся уже при значениях L ж (2- 3)/г. [c.215] Выработки или выемки часто таковы, что размеры выемки в плане значительно больше ее высоты. Это связано с тем, что полезные ископаемые, в особенности уголь, обычно залегают в виде пластов или слоев. [c.215] Здесь f —некоторая функция (или функционал по времени, если существенна предыстория образования полости), определяемая экспериментально. [c.215] Здесь К — величина, аналогичная вязкости разрушения для трещин она характеризует сопротивление разрушению системы пласт — порода в рассматриваемой окрестности края выработки. [c.215] Здесь as—абсолютная величина наименьшего сопротивления сдвигу в системе пласт — порода (это может быть пласт, порода и, чаще всего, контакт пласта с породой), — безразмерный коэффициент, зависящий от внутренней структуры пласта и окружающих пород в рассматриваемой окрестности тупика выработки, а также от отношения упругих и прочностных характеристик пласта, прослоек и породы. Коэффициент имеет порядок единицы (точное его значение опредеддется опытным путем). [c.216] Подчеркнем, что-если пласт имеет мощность порядка h и достаточное сцепление с породой, то при вычислении коэффициента интенсивности напряжений Ki все пространство вне выработки-разреза можно считать заполненным одной породой. [c.216] Здесь мы пренебрегаем внутренними (тектоническими) напряжениями в горном массиве. Внешние нагрузки на стенки выемки учитывать не будем, вйсоту выемки h считаем постоянной. [c.216] Здесь E k) — полный эллиптический интеграл второго рода. [c.216] Здесь K k) — полный эллиптический интеграл первого рода. [c.217] Как видно, на большой глубине горные удары становятся неизбежными, если не применять специальных подкреплений (при наличии подкреплений на краю выработки коэффициент т] увеличивается). [c.218] Приведем численный пример для случая горизонтального бесконечного туннеля ширины 26, равной - 3/г(т] 1, pg 3 Г/см , as100 кГ1см ). При помощи (4.171) находим условие устойчивости неподкрепленной выработки Н 1 500 м. [c.218] Вернуться к основной статье