Анализ НДС породного массива, вмещающего незакрепленную выработку

После завершения расчета для анализа результатов были выбраны эпюры вертикальных и горизонтальных напряжений, эпюры интенсивности напряжений по Мизесу, и перемещений в массиве горных пород.

3.2.1. Анализ поля вертикальных напряжений

На рис. 3.2 показана эпюра вертикальных напряжений в окрестности выработки, на которой четко прослеживаются зоны разгрузки в кровле и почве и зона повышенного горного давления в боках. В зоне повышенного горного давления в боках выработки имеются области, где превышает предел прочности на сжатие аргиллита, залегающего в непосредственной кровле и почве пласта .

Рис. 3.2. Эпюра вертикальных напряжений

Исследуем состояние массива вокруг выработки. Мы видим, что в приконтурных породах кровли выработки растягивающие напряжения уменьшаются и в своде выработки на расстоянии 1,04 м исчезает. В области, где , происходит полная разгрузка, то есть напряжения отсутствуют. Ширина этой зоны составляет 2м, а высота – 0,4м.

В этой области действуют только растягивающие напряжения, которым любая горная порода очень слабо сопротивляется, особенно в Западном Донбассе. Следовательно, в этой зоне будет происходить обрушение пород кровли под действием собственного веса. Таким образом, в кровле выработки образуется свод обрушения, напоминающий по своей форме свод естественного равновесия по проф. М.М.Протодъяконову. За пределами свода обрушения, образуется зона разгрузки, где сжимающие напряжения меньше исходных.

Размеры зоны разгрузки величиной =0,25…0,5 распространяются в кровлю на глубину до 0,7 м, а ее ширина составляет 3,5м.

Рассмотрим теперь изменения в почве. Зона разгрузки, которая образовалась в почве конвейерного квершлага имеет форму обратного свода. Ближе к контуру выработки сжимающие переходят в растягивающие, что указывает на процесс расслоения пород почвы. Область действия растягивающих распространяется на глубину 4 м в почву, а по ее ширине составляет 5 м. Этот неустойчивый объем пород будет провоцировать развитие пучения почвы, а его размеры указывают на существенное прогнозируемое поднятие почвы. Глубже свода расслоения пород почвы располагается зона разгрузки от сжимающих , которая распростаняется на глубину до 8,5м.

В боках выработки образуется концентрация вертикальных напряжений

=1,25. Размеры области с этой концентрацией распростаняются по ширине до 4,8м и по высоте до 7,3м.

Таким образом, судя по вертикальным напряжениям, наиболее опасные зоны прослеживаются в кровле и почве выработки.

3.2.2. Анализ поля горизонтальных напряжений

В массиве действует начальное поле горизонтальных сжимающих напряжений

МПа, (3.2)

где – коэффициент Пуассона рассматриваемого породного слоя или пласта угля.

На рис.3.3 приведена эпюра горизонтальных напряжений, которая отражает особенности деформирования неоднородной углевмещающей толщи.

Рис. 3.3. Эпюра горизонтальных напряжений

В непосредственной кровле, маломощный слой аргиллита испытывает значительные изгибные напряжения с появлением концентрации сжимающих в своде выработки и зоны разгрузки в прилегающих боках. Концентрация распространяется в кровлю до 2,2 м и занимает по ширине до 4,7м. Она усиливает разупрочнение приконтурных пород кровли,с учетом действия растягивающих в сответствии с любой теорией прочности горной породы.

В почве, на расстоянии 5м образуется куполовидная зона с напряжением 5МПа. Эта зонаимеет ширину 4,5ми высоту3,5м. Степень концентрации сжимающих горизонтальных напряжений от исходного напряжения равна 1,5.Характер распределения указывает на прогиб пород почвы в полость выработки.

Вуглахвыработки явнопрослеживаются ограниченные локальные области повышенных сжимающих усилий.