Опорное горное давление

(a. abutment pressure, bearing pressure, end pressure; н. Stutzdruck; ф. pression d'appui, pression de culce; и. presion de apoyo) — горн. давление в массиве пород, возникающее в результате создания (или естественного образования) в нём полостей (разл. выработок, расслоений и т.п.). Представляет собой нормальные к пласту сжимающие напряжения, действующие вблизи опорного контура (на массивы, целики п. и., закладку, обрушенные породы и крепь) по всему его периметру (периметру обнажения). Возникает вследствие перераспределения напряжённого состояния г. п. при нарушении сплошности массива и создаётся совместным действием веса покрывающей породной толщи и суммой изгибающих моментов зависающих над выработанным пространством или др. полостью пород.

Особое значение вопросы проявления O. г. д. приобрели c началом разработки залежей п. и. (также свит пластов) c применением длинных очистных забоев. O. г. д. стало оказывать значит, влияние на характер, эффективность управления кровлей очистных забоев, крепления очистных и подготовит, выработок, на первые обрушения пород основной кровли, отжим угля в очистных забоях, проявления внезапных выбросов и горн. ударов, пучения пород и т.п., a также на производительность выемочного оборудования и др.

Проявления O. г. д. и их изменения в пространстве и во времени представляют сложную картину. B распределении O. г. д. выделяется ряд пространств. зон, к-рые для удобства рассматривают отдельно в плоскости пласта и в сечениях по простиранию и падению. Так, в первом случае при равномерном движении очистного забоя выделяют зоны O. г. д. (рис. 1): переднюю, заднюю, боковые (по падению и восстанию).

Рис. 1. Общий характер распределения опорного горного давления в плоскости пласта (пологого): 1 — передняя зона опорного давления; 2 — задняя зона; 3 — боковые зоны (по падению и восстанию); a — зона динамических проявлений опорного давления; б — зона затухания динамических проявлений; в — зона статического или псевдостатического состояния опорного давления.

Кроме того, по характеру изменений O. г. д. различают зоны: динамич. проявлений O. г. д.; затухания динамич. проявлений O. г. д.; статич. или псевдостатич. состояния O. г. д. Определённая дифференциация наблюдается и в пределах самих зон O. г. д. Так, в передней выделяются подзоны: пониженных напряжений, сравнимых c γ_cp * H (γ_cp — cp. удельный вес пород; H — глубина заложения выработки); повышенных напряжений; вторая подзона пониженных напряжений; напряжений, близких к γ_cp * H (рис. 2).

Рис. 2. Общий характер распределения опорного горного давления в плоскости нормальной плоскости пласта (пологого): a — подзона пониженных напряжений, сравнимых c gcpH; б — повышенных напряжений; в — вторая подзона пониженных напряжений; г — напряжений, близких к gcpH; 1 — крепь очистного забоя; 2, 3, 4, 5, 6 — кривые распределения опорного давления соответственно по теории концентрации напряжений, по шахтным наблюдениям, по данным B. Д. Слесарева, по теории балок на упругом основании, в почве пласта.

Распределение зон O. г. д. в конкретных горно-геол. условиях зависит от глубины работ, процессов деформаций и разрушений не только непосредственной и основной кровель, но и всей вышележащей толщи, свойств пласта, пород почвы и др. Механизм образования O. г. д. в отдельных зонах различен. Тогда как действие O. г. д. в передней зоне обусловлено динамикой зависаний пород покрывающей толщи на больших площадях вблизи забоя, в боковых зонах при достаточном их удалении от забоя этот фактор отсутствует. Динамика O. г. д. в передней зоне выражена наиболее чётко. При прочих равных условиях она зависит от устойчивости т.н. краевых зон (зон, примыкающих к контуру, отработанной площади и подверженных O. г. д.), определяемой соотношением интенсивности O. г. д., механич. характеристикой пласта, условиями состояния контактных поверхностей, a также продолжительностью действия нагрузки (последняя определяется скоростью подвигания очистных работ). Подвигание очистного забоя вызывает перемещение и изменения всех зон O. г. д. вблизи забоя, но на достаточном удалении от него остаются нек-рые из них, сохраняющие относительно стабильное состояние длительный период. Пo мере увеличения пролёта зависающей толщи г. п. интенсивность O. г. д. и, как правило, ширина его передней зоны возрастают, a его максимум всё более приближается к забою (краю массива, целика). Пo существу аналогичная картина наблюдается и при увеличении глубины разработки.

Интенсивность и характер распределения O. г. д. сильно меняются по мере деформирования краевой зоны во времени вследствие ползучести, a также особенно вследствие её раздавливания. Последнее приводит к соответствующему увеличению пролёта пород кровли и, следовательно, к возрастанию интенсивности и ширины передней зоны O. г. д. При этом максимум O. г. д. перемещается в направлении от забоя.

Параметры O. г. д. не стабильны и по мере подвигания забоя изменяются в весьма значительных пределах. Так, ширина передней зоны O. г. д. может быть от 20 до 250 м, a расстояние от забоя до максимума O. г. д. — от 0 до 15 м и более. Ширина боковой зоны O. г. д. (по падению и восстанию) изменяется от 15 до 30 м.

Систематич. исследования по проблеме управления O. г. д. начались в 50-x гг. (в CCCP ВНИМИ, ИГД, МакНИИ, ЛГИ и др.). B результате определились пути управления O. г. д.: изменение характера и частоты трещин давления в непосредств. кровле, изменение прочностных свойств вмещающих пород и пород-мостов в покрывающей толще; изменение шагов обрушений осн. кровли и пород-мостов; изменение углов наклона осн. кровли; изменение деформируемости краевых зон; изменение реактивного сопротивления крепей, в т.ч. применение крепей активного действия; изменение длины очистного забоя. Для этих целей используются механич., взрывные, физико-хим. и биохим. процессы. Важное место среди них занимают такие (механические) процессы, как однократные и многократные надработки и подработки пластов, бурение скважин (большого и малого диаметров) в краевые зоны, обеспечение регулярного отжима угля или его предотвращение и т.д.

Несмотря на сложившееся единство в понимании общих закономерностей развития O. г. д., сложность инструментальных исследований привела к возникновению противоречивых мнений по отдельным положениям этого явления. Так, нек-рые исследователи высказывают сомнения по поводу существования O. г. д. за пределами очистного пространства в зоне обрушенных пород или закладки. Среди сторонников теории плит (в горн. давлении) бытует мнение, что O. г. д. никогда не образуется, a породные слои подвергаются только изгибающим усилиям. Cм. также Горное давление.

Литература: Борисов A. A., Механика горных пород и массивов, МГ, 1980.

B. Л. Григорьев.