» » Анализ первых гипотез о горном давлении

Анализ первых гипотез о горном давлении

07.08.2016

Горная наука выделилась в самостоятельную отрасль знаний в середине XVI века, посвятив начало своего существования изучению физических свойств пород и их классификации по различным технологическим признакам, первыми из которых стали добываемость и взрываемость. Первые попытки обобщить и зафиксировать накопившийся опыт предпринял в 1556 году Г. Агрикола. Как отмечает В.М. Косталевский, А.Г. Вернер в 1788 г. написал работу, посвященную вопросам горного дела, в которой он приводит новую шкалу крепости пород. Классификация А.Г. Вернера широко распространена в горной практике. В 1878 г. австрийским ученым Ф. Ржихой классификация А.Г. Вернера была развита и усовершенствована. По сравнению с предыдущей классификацией увеличено количество классов горных пород до семи. За 1882-1889 году Ф. Ржиха создал практически новую классификацию горных пород, в основу которой было положено количество энергии, требуемой для добывания 1 м3 руды. Для создания классификации Ф. Ржиха выполнил исследования по определению механической работы взрывчатых веществ.
В 1896 г. К. Должалек сгруппировал породы в 6 классов по количеству труда, затрачиваемого на добычу 1 м3 руды. На основании производственного опыта П. Шалон получил коэффициенты относительной крепости пород по взрываемости. Использование коэффициента крепости пород для расчета нагрузок на рудничную крепь впервые было предложено М.М. Протодьяконовым. В 1886 г. были опубликованы данные по определению сопротивляемости пород раздавливающим усилиям. Появляются публикации Тетмайера и X. Коха о прочности горных пород и о соотношениях между пределами прочности пород при сжатии и сдвиге, изгибе и т.д. В 1910 г. М.М. Протодьяконов усовершенствовал классификацию Ф. Ржихи и обосновал числовое значение коэффициента крепости с учетом предела прочности породы при сжатии. Явление сводообразования в кровле выработок во второй половине XIX века стало предметом серьезного научного изучения. Также предпринимались попытки обоснования гипотез о напряженном состоянии ненарушенного массива пород и изменении его с глубиной.
В 1867 г. П. Шульц установил качественную зависимость крепости породы от формы свода. Было установлено, что в крепкой породе можно пройти настолько малую выработку, что она будет устойчивой без крепления и наоборот, всякую самую крепкую породу можно подработать на столь значительном протяжении, что она обрушится. Также 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, где 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 проведения выработки. Высокое опорное давление на плоскость 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. заявил Г. Манцель. Он считал, что рудничная крепь слишком слаба, чтобы выдержать давление, создаваемое весом налегающей толщи пород. Многовековые наблюдения в рудниках и шахтах нашли свое обобщение в первых гипотезах о горном давления и теориях о напряженном состоянии массива, в которые внесли вклад исследователи всего мира.