Ekspresowa metoda wyznaczania parametrów wypiętrzania skał

Abstrakt

Problem określenia konturów obszaru, w którym występuje wypiętrzanie skał, jest istotny w projektowaniu wyrobisk podziemnych. Rozwiązanie takich problemów jest zwykle wykonywane albo w preparacie sprężysto-plastycznym metodami numerycznymi, albo metodami półempirycznymi, które z reguły stanowią podstawę dokumentów regulacyjnych. Pisząc niniejszy artykuł, podjęto próbę wykorzystania podejścia opisanego w pracy: Determining the parameters of a natural arch while forming support load of a horizontal roadways do znalezienia odpowiedzi na następujące pytania: czy w tych warunkach w ogóle możliwe jest wypiętrzanie skał; jakie są kontury wypiętrzania obszaru.
Zastosowano następujące metody: teoretyczne badania procesów geomechanicznych zachodzących w sąsiedztwie wyrobisk poziomych z wykorzystaniem analitycznych i numerycznych metod matematycznych; analiza i uogólnienie wyników badań teoretycznych. Otrzymano proste zależności analityczne pozwalające na obliczenie granicy obszaru bazowego, w którym występuje wypiętrzanie skały, oraz współczynnika stateczności tego obszaru.
Jako współczynnik stateczności proponuje się przyjąć stosunek rzutu na oś pionową sił utrzymujących falujący górotwór do rzutu sił przesuwających ten masyw. Po raz pierwszy ustalono, że maksymalna głębokość pod wyrobiskiem, na której występuje wypiętrzanie skał, jest wprost proporcjonalna do jej wytrzymałości, obliczonej według kryterium wytrzymałościowego O. Szaszenki, pomnożonej przez połowę szerokości wyrobiska, i odwrotnie proporcjonalna do przyczepności właściwej skały.
Po raz pierwszy ustalono również, że współczynnik stateczności skały w obszarze jej wypiętrzania jest wprost proporcjonalny do jej wytrzymałości, obliczonej za pomocą kryterium wytrzymałościowego O. Szaszenki, i odwrotnie – do ciśnienia na obliczonej głębokości. Uzyskane w toku pracy wyniki pozwalają, metodami matematycznymi, na wykonanie: prognozy stateczności wyrobisk poziomych w rejonie wypiętrzenia skał z uwzględnieniem głębokości wyrobiska, jego wymiarów geometrycznych, ciężaru właściwego i właściwości wytrzymałościowych skały; granic obszaru falowania skał z uwzględnieniem głębokości wyrobiska, jego wymiarów geometrycznych, ciężaru właściwego i właściwości wytrzymałościowych skały.