Устройство разгрузочных щелей

В штреке, пройденном по пологому пласту, его высота определяет толщину породных слоев, пересеченных контуром выработки. В штреке с разгрузочной щелью толщина подрезанных породных слоев увеличивается на глубину щели.

Благодаря устройству щели в почве штрека горизонтальные напряжения на нижнем контуре выработки перемещаются в глубину массива. Прорезанные щелью породные слои почвы разгружаются от горизонтальных напряжений, а зона возможного смятия пород перемещается на большую глубину. В зоне породных слоев, прорезанных контуром выработки и щелью, вследствие вертикальных напряжений происходит взаимное сближение боков выработки и смыкание стенок разгрузочной щели.

Пучение пород почвы, прорезанных разгрузочной щелью, может происходить тогда, когда породные слои, расположенные ниже разгрузочной щели, сминаются под действием горизонтальных напряжений и приподнимают прорезанный щелью породный блок, а также в случае закрытия разгрузочной щели при растрескивании породного массива.

Вполне понятно, что необходимо предупреждать смятие и выпучивание породных слоев почвы, находящихся ниже разгрузочной щели, поскольку в противном случае разгрузка почвы теряет смысл.

Возможность взламывания пород почвы под щелью зависит только от глубины последней. Как видно из рис. 7.21, в зависимости от глубины щели необходимо различать два случая:

- первый — глубина щели b меньше расстояния а между щелью и боком выработки, а :b>1;

- второй — глубина щели b больше расстояния а, а:b<1.

Если сравнить прорезанный щелью породный блок с балкой, на которую снизу действует сила р (усилие, с которым вспучивающиеся породные слои почвы давят на подрезанный породный блок), то в первом случае при с:1>1 она будет испытывать напряжения от изгиба. Сопротивление балки изгибу в этом случае незначительное, так что достаточно небольшого усилия р, чтобы такая балка прогнулась.

Во втором случае при а:b<1 подрезанный породный блок подвергается нагрузке не на изгиб, а на срез. Усилие р, требуемое для поднятия подрезанного породного блока при глубине щели b=3,5 м и пределе прочности пород на срез 5 МПа, равно примерно 12 MH на 1 м штрека. При а = 3 м оно соответствует давлению около 4 МПа. Это давление соответствует, таким образом, тому сопротивлению, которое оказывает подрезанный породный блок выдавливанию находящихся под ним породных слоев. При столь высоком сопротивлении поднятие породных слоев под щелью невозможно даже при весьма высоких горизонтальных напряжениях. Сопротивление подрезанного породного блока с соотношением сторон а:b<1 может быть значительно увеличено, если щель будет заполнена податливым материалом. При пределе прочности материала на раздавливание а= 10 MHa сопротивление прорезанной почвы выдавливанию нижележащих слоев возрастает в три раза.

Заполнение щели представляется целесообразным также по условиям безопасности и по фактору скопления воды на почве выработки. Идеальный заполнитель — материал, обладающий такой же податливостью под действием нагрузки, что и гидравлическая стойка: высокое начальное сопротивление, а при дальнейшем нарастании нагрузки неуменьшающееся сопротивление деформации. Материалом с такими свойствами может быть, например, вспененный полиуретан, применяемый в шахтах для упрочнения пород.

Для того чтобы при соответствующих нагрузках вместо разрушения почвы происходило закрытие щели, прочность материала заполнителя должна быть меньше агрегатной прочности породных слоев почвы на 30—50%. Рекомендуемая ширина заполняемой щели в мягких породах — менее 20—30 см, в крепких породах — не более 20—30 см.

С точки зрения механики горных пород область применения способа разгрузочных щелей не ограничивается. Если же принять во внимание то обстоятельство, что с увеличением прочности пород производительность щеленарезных машин снижается и что в достаточно прочных породах прорезание щелей вообще невозможно или же связано с непомерно высокими расходами, то область применения разгрузочных щелей ограничивается породами от небольшой до средней прочности (с условным показателем прочности GL выше 2).