Появление первых гипотез о горном давлении

Явление сводообразования в кровле выработок, известное рудокопам на протяжении тысячелетий, во второй половине XIX века стало предметом серьезного научного изучения. Исследования велись в натурных условиях и лабораториях, разрабатывалось множество теорий о процессе образования свода устойчивого равновесия в породах и давления, воздействующего на крепь выработок. Наряду с этим предпринимались попытки обоснования гипотез о напряженном состоянии нетронутого массива пород и изменении его с глубиной.

В 1867 г. Шульц опубликовал статью, основанную на непосредственных измерениях и наблюдениях в шахтах, о зависимости высоты и формы свода естественного равновесия над горной выработкой от крепости пород. Он установил качественную зависимость о том, что чем крепче порода, тем свод положе. Высота свода в крепкой породе и, соответственно, давление на крепь меньше, чем в мягкой. В трещиноватых и слоистых глинистых сланцах образующая свода представляет собой ряд уступов. Вязкие породы не обрушаются, а только прогибаются внутрь свода. Могут выгибаться и слоистые породы, если они подработаны на значительном протяжении.

В крепких породах разрушение ограничивается образованием свода в кровле выработки. Если породы недостаточно устойчивы, то сводообразование захватывает и бока выработки. Поэтому величина давления пород в объеме свода на крепь зависит от их крепости. Чем слабее связь между частями породы, которая определялась трещиноватостью, слоистостью, кливажом, тем большее давление она оказывала на крепь.

Наблюдениями в шахтах была выявлена роль размеров подработки породного массива в формировании давления на крепь. То есть, чем меньше размеры выработки, тем меньше и давление на крепь. Для горняков было очевидным, что во всякой породе, даже самой слабой, можно пройти настолько малую выработку, что она будет устойчивой совсем без крепления, и наоборот, всякую самую крепкую породу можно подработать на столь значительном протяжении, что она обрушится.

Исключительно важным вопросом было установление влияния глубины на величину горного давления, испытываемого крепью выработок. Поскольку давление на крепь равно собственной массе породы внутри свода равновесия, среди ученых существовало устойчивое мнение, что давление не зависит от глубины, на которой пройдена выработка. Это мнение бытовало до тех пор, пока глубина горных работ на шахтах Верхней Силезии не достигла 300 м, а на рудниках Цвикау – 400 м от земной поверхности. На этих глубинах затраты на крепление и ремонт выработок, разрушенных горным давлением, возросли почти в 2 раза.

На Пшибрамских серебряно-свинцовых рудниках, угольных шахтах Силезии и Домброва при глубине разработки свыше 300 м появились случаи «стреляния» пород. Чаше и сильнее всего куски пород с большой силой и резким треском отрывались от массива в боках выработок, реже – в почве и еще реже в кровле. При глубине 300 м своды устойчивого равновесия в кровле образовывались сразу после проходки выработки. Высокое опорное давление на грудь очистных забоев облегчало добычу угля, который благодаря эффекту отжима почти сам собою обрушался с незначительной сторонней помощью.

О наличии в породном массиве значительных напряжений, способных разрушить любую крепь, весьма четко и однозначно в 1894 г. высказался Манцель. Он считал, что рудничная крепь слишком слаба, чтобы выдержать давление, создаваемое громадным весом налегающей толщи пород. Многовековые наблюдения в рудниках и шахтах, добывающих различные полезные ископаемые, нашли свое обобщение в конце XIX начале XX веков в первых гипотезах о горном давлении. Это гипотезы свода, балки, плиты и теории о напряженном состоянии массива пород до и после нарушения его равновесного состояния горными роботами. На базе этих гипотез развивалась теория горного давления, в которую внесли свой вклад ученые и инженеры-горняки многих стран мира.

ГИПОТЕЗЫ  СПОСОБСТВОВАЛИ  ПОНИМАНИЮ   СУЩНОСТИ  ГОРНОГО  ДАВЛЕНИЯ