Оценка нагрузок на крепь при проходке геологического нарушения квершлагом

Лабораторная работа № 7 Оценка нагрузок на крепь капитальных и подготовительных выработок

Задание. Определить нагрузку на крепь квершлага и полевого штрека, пересекающих геологиче­ское нарушение.

При решении вопроса оценки нагрузки на крепь выработок в зонах геологических нарушений исходят из гипотезы о характере разрушения горных пород вокруг выработок в этих зонах.

В этом случае нагрузка на крепь будет определяться весом пород, отделенных от массива в кровле выработки геологическим нарушением и контактами напластования.

Оценка нагрузок на крепь при проходке геологического нарушения квершлагом

На рисунке 7.1 показаны условия вскрытия квершлагом зоны геологического нарушения и контактов напластований при угле встречи нарушения γ = 90°. Породы в сечении А-Г-Д в зоне нарушения, отделены от массива границей сдвига, находятся под его плоскостью и ослаблены по оперяющим разрыв трещинам и контактам напластований. Поэтому породы в зоне неустойчивы и склонны к обрушению. Со временем под действием сил горного давления и собственного веса происходит отслоением пород в кровле выработки. В результате отслоившиеся породы пригрузят перекрытие крепи.

Рисунок 7.1. Схема вскрытия выработкой геологического нарушения:

1 – граница геологического нарушения; 2 – зона влияния нарушения; 3, 4 – контакты напластований

В этом случае нагрузка на крепь будет равна весу столба пород, высота которого равна высоте клина и может быть определена по формуле

, т (7.1)

где γ _п – плотность налегающих пород, т/м³;

а – нормальная ширина зоны геологического нарушения, м;

β - угол падения нарушения к горизонту, град.;

α - угол падения пород, град.

С уменьшением угла встречи нарушения γ увеличивается длина участка выработки, проводимой в зоне нарушенных пород. Ширина этой зоны будет равна

, м (7.2)

где в – ширина выработки вчерне, м.

Ширина зоны геологического нарушения зависит также от взаимного расположения прослоев горных пород и зоны геологического нарушения.

При несогласном падении нарушения и горных пород свод обрушения образуется границей нарушения и контактом напластования, залегающим в кровле квершлага на границе зоны влияния нарушения (рисунок 7.2, б). С учетом угла встречи нарушения γ < 90° максимальное давление сдвигающихся пород на перекрытия крепи со стороны кровли можно оценить по формуле

, т (7.3)

где tg β ' = tgβ cos γ - угол падения зоны влияния нарушения к горизонту.

Рисунок 7.2. Формирование зоны обрушения пород кровли при пересечении выработкой геологического нарушения: 1 – граница геологического нарушения; 2 – зона влияния нарушения; 3, 4, 5 – контакты напластований

При согласном падении нарушений и контактов напластования и условии β > α (рисунок 7.2, в) характер сдвижения нарушенных пород будет иным. Максимальная нагрузка на перекрытия будет оказана весом нарушенных пород, залегающих под нарушением и находящихся в зонах полных сдвижений.

В этих условиях границу полных сдвижений целесообразно устанавливать с помощью угла ψ ₂ - угла полного сдвижения пород.

Максимальная нагрузка на перекрытия крепи квершлага при условии β > α может быть определена по упрощенной формуле

, т. (7.4)

Сдвиги согласного с контактами напластования падения при условии β < α встречаются обычно в крутых крыльях складок пластов. В этих условиях возможны сдвижения трещиноватых пород по контактам напластований (рисунок 7.2, г).

Величина максимальной нагрузки на перекрытие крепи квершлага может быть определена по формуле

, т (7.5)