Взаємодія ціликів і камер з породним масивом

Особливий інтерес представляє група ціликів, призначених для підтримки очисних просторів при камерних і камерно-стовпових системах розробки. Це найпоширеніший вид ціликів, в яких часом втрачається до 60…70 % корисного компоненту. Розрахункова схе-ма камерної системи розробки в найпростішому її варіанті являє собою необмежену періодичну послідовність однакових за розмі-ром і нарисом у плані ціликів, розділених камерами (рис. 1).

Рис. 1. Розрахункова схема камерної системи розробки

Очисні виробки і цілики являють собою єдину просторову систему в породному масиві, параметри якої взаємопов’язані і взаємообумовлені. З параметрами камер і ціликів пов'язані розміри області масиву порід, який втягується в процес деформування при виконанні очисних робіт. У зв'язку з цим для обґрунтованого визначення параметрів системи розробки (розмірів ціликів і камер), варто аналізувати напружено-деформований стан системи «цілик-камера-товщина порід».

Найчастіше в дослідженнях подібного роду в кожному конкрет-ному випадку прагнуть знайти найбільш слабкий елемент, міцність якого визначає стан всіх інших, і, виходячи з його розмірів, визна-чити інші параметри системи розробки.

Зустрічаються умови, коли самим слабким елементом у системі розробки є ґрунт виробки і стійкість всього виробленого простору визначається станом і міцністю підстилаючих порід. Відомі випадки коли через нерівномірне вдавлення ціликів у ґрунт виникали небез-печні деформації порід покрівлі, які супроводжувались її тріскан-ням. Наслідком цього може бути масове руйнування ціликів, яке може супроводжувалось обваленням крівлі.

Великий вплив на характер деформування породного масиву, що містить просторову систему «цілики-камери», робить співвідно-шення деформаційних і міцнісних властивостей порід, які скла-дають крівлю, цілики і ґрунт очисних виробок. Дуже істотним та-кож є характер і властивість контактів ціликів з крівлею і ґрунтом виробки.

Основними типами контактів ціликів з породами є:

- повне зчеплення (цілики та породи зі сторони ґрунту і крівлі являють собою одну породу);

- неповне зчеплення (на границі ціликів з породами крівлі і ґрун-ту мають місце менш міцні прошарки);

- практично повна відсутність зчеплення (на границі ціликів з породами крівлі і ґрунту є прошарки пластичних порід).

Залежно від типу контакту міняється пружно-деформований стан ціликів і при тих самих розмірах його несуча здатність виявляється різною. На рис. 2 показаний характер деформування і розподілу вертикальних напружень у випадку повного контактного зчеплення (рис. 2, а) і наявності пластичного прошарку (рис. 2, б).

 

Рис. 2. Характер деформування і розподілення навантаження в ціликах при жорсткому (а) і пластичному (б) контактах з породами

Характер руйнування ціликів багато в чому визначається їх пружно-деформованим станом і структурою. При твердому зіткне-нні з породами в однорідних ціликах відбувається утворення так званих верхньої та нижньої пірамід з основами, які розміщенні на площинах контакту (рис. 3, а). При наявності пластичних прошарків на контактній поверхні, руйнування ціликів відбувається з утворен-ням вертикальних тріщин і стовбчастих структур (рис. 3, б).

Рис. 3. Форми руйнування ціликів: 1 – вихідне зображення; 2 – зображення після деформування