Критическая мощность породного слоя, ограниченного поверхностями скольжения

Влияние расстояния между двумя поверхностями скольжения, т. е. мощности породного слоя между двумя поверхностями скольжения, на состояние кровли в штреке исследовалось на четырех моделях. Расстояние между поверхностями скольжения в них составляло 0; 10; 20 и 30 см (рис. 5.31, а). Величины моделируемого сопротивления крепи приведены в табл. 5.2.

Из графика (см. рис. 5.31, б) видно, что уже после первого нагружения модели площадь поперечного сечения штрека уменьшается тем больше, чем толще породный слой между двумя плоскостями скольжения h. После второго нагружения это различие становится еще более заметным.

В обоих случаях удельное сопротивление крепи в модели составляло 34 кН/м2 (340 кН/м2 в натуре). Такое высокое сопротивление может быть достигнуто только при применении гидравлической крепи. Ее использование позволяет уменьшать давление в гидравлических стойках штрековых рам, вызывая увеличение конвергенции. При проводившихся исследованиях сопротивление крепи также несколько раз уменьшали — до 4 кН/м2 в модели (40 кН/м2 в натуре). На всех четырех моделях деформация контура выработки при уменьшении сопротивления крепи тем больше, чем больше h. В конечном счете остаточная площадь поперечного сечения при h=30 см составила 55%, в то время как при h=10 см она равнялась примерно 70%, а при h=0—86%.

Дальнейшие эксперименты при еще большей толщине породного слоя между двумя плоскостями скольжения показали, что полученная при первых экспериментах критическая мощность породного слоя, при которой происходят наибольшие деформации, действительно составляет 30 см (что соответствует 300 см в натуре). Кроме того, установлено, что при постоянном горном давлении, соответствующем глубине 1200 м, эта критическая мощность зависит от ширины штрека, прочности и толщины отдельных слоев в породной пачке, ограниченной двумя плоскостями скольжения. Для глубины 1200 м, ширины штрека 5 м и толщины слоев 4 см рассматриваемая критическая мощность Mкр (см) может быть определена из выражения



где oD — предел прочности пород на сжатие, МПа.

Из него следует, что в шахтных условиях при весьма малой прочности пород кровли деформация штрека достигает наибольшей величины при мощности породной пачки между двумя плоскостями скольжения 675 см. При породах же с пределом прочности на сжатие более 57 МПа существенной деформации штрека не происходит.

Чем больше сопротивление крепи, тем в меньшей степени сказываются различия в мощности или прочности отдельных породных слоев.