50. Сущность горного давления и его проявления.

Горное давление — это напряжения, возникающие в массиве горных пород, окружающих горную выработку. Проявляется оно в деформациях и разрушении крепи, опускании и обрушении пород, окружающих горную выработку, пучении почвы, раздавливании целиков, уплотнении закладочного массива и т. д. Основные причины, вызывающие горное давление, — собственный вес пород.

Факторы, влияющие на характер проявления горного давления, весьма разнообразны и могут быть разделены на две группы: геологические и горнотехнические. К первым относятся:

• физико-механические свойства горных пород;

• угол падения и мощность пласта;

• глубина залегания полезного ископаемого;

• обводненность вмещающих пород;

• строение кровли, почвы и мощности слагающих их слоев и др.

Ко второй группе относятся:

• размеры выработки и срок ее поддержания;

• скорость подвигания забоя лавы;

• способ выемки полезного ископаемого, тип и характеристика применяемой крепи;

• способ управления горным давлением.

Физико-механические свойства горных пород являются главным фактором, определяющим характер проявления горного давления, их устойчивость и склонность к самообрушению.

В зависимости от способности отдельных слоев породы кровли к самообрушению, а также от расположения их по отношению к угольному пласту различают ложную, непосредственную и основную кровлю. Также различают непосредственную и основную почву.

Ложной кровлей называют залегающий непосредственно над разрабатываемым пластом слой породы незначительной мощности (до 0,5—0,6 м), который легко обрушается одновременно с выемкой угля или с некоторым отставанием от нее. Состоит из углистых и слабых глинистых сланцев. Многие пласты не имеют ложной кровли.

Непосредственной кровлей называют залегающую над пластом или ложной кровлей толщу пород, которая легко обрушается, причем на небольших площадях после удаления индивидуальной или передвижения механизированной крепи очистной выработки. Представлена песчано-глинистыми и глинистыми сланцами.

Основной кровлей называют толщу крепких, устойчивых пород, залегающих над непосредственной кровлей и обрушающихся при значительной площади обнажения. Основная кровля может залегать и непосредственно над пластом угля. Представлена известняками и песчаниками, реже крепкими глинистыми сланцами.

Толщу пород, залегающую непосредственно под угольным пластом, называют непосредственной почвой. Горные породы в нетронутом массиве находятся в состоянии напряженного равновесия. Угольный пласт на глубине Н испытывает напряжение σ = γH, где γ — средняя плотность горных пород, кг/м³; Н — глубина залегания пласта, м. В процессе выемки угля впереди забоя происходит перераспределение напряжений (рис. 5.6). При этом различают три зоны, примыкающие к забою.

В зоне 1сохраняются напряжения, характерные для нетронутого массива.Зона 2— зона опорного давления, которая характеризуется повышенным напряжением σ = kγН, где k — коэффициент концентрации напряжений (k > 1). Максимум опорного давления находится на расстоянии от трех до пяти-шести мощностей пласта от кромки пласта.

Рис. 5.6. Схема распределения опорного давления на угольный пласт впереди очистного забоя: а — в кровле пласта; б — в почве пласта

Опорное давление проявляется по всему периметру выработанного пространства (впереди и позади лавы, в верхней и нижней ее частях). Оно оказывает влияние на состояние крепи подготовительных выработок, находящихся в зоне влияния очистных работ, может вызвать внезапное разрушение целиков угля. Опорное давление является следствием пригрузки от нависающей консоли непосредственной и основной кровли, воспринимаемой краевой частью угольного массива.

Зона 3непосредственно примыкает к забою. В ней уголь обычно раздавлен и напряженное состояние им утрачено. Это обстоятельство способствует облегчению отбойки угля от массива соответствующими исполнительными органами выемочных машин. По мере подвигания очистного забоя волна опорного давления постоянно перемещается.