mikul_a (mikul_a) wrote,
mikul_a
mikul_a

Профессия минёр. Gleichgewichtsgewölbe.

Gleichgewichtsgewölbe - попробуйте произнести. В этом слове проявляется аккуратность и точность немцев. По русски этот термин состоит из трех слов - свод естественного равновесия. Ну и ладно. Немцы термины придумывают для себя, мы для себя. Суть явления от этого не изменяется. И судя по термину, он пришел из горного дела. А почему для обозначения такого термина немцы  придумали специальное слово?

Так что это за зверь - свод естественного равновесия? Для чего я на нем специально заостряю внимание? Какое отношение он имеет к истории и к обьявленной теме? Я хочу показать, как узкоспециализированный термин, сейчас используемый только в горном деле определил и историю зарождения самого горного дела и переход этого дела в другую область деятельности человека. Уже в военное дело.

Захотелось слегка обьяснить что это такое, но поиск ничего простого не дал. Я помню советские учебники по горному делу.Там это все было описано и разьяснено очень просто. Но за неимением ничего другого, попробую разьяснить это на пальцах.

Если построить, пройти, как говорят в горном деле, какую либо горизонтальную выработку. Потом закрепить ее каким либо способом, но в конце этой выработки оставить небольшой участок не закрепленным, что будет? Исходя из своего опыта работы могу точно сказать, что в течении пары суток там никаих изменений не будет происходить. Туда можно заходить, выполнять какие либо работы, предварительно обобрав кровлю от кусков породы. Но под действием горного давления кровля начнет растрескиваться и нарушения начнут распростронятся вверх по нетронутому массиву. Через двое суток начнеться подвижка кровли и медленное ее обрушение. Сначала начнут падать небольшие куски породы. Как говорят в горном деле, кровля начнет капать. Потом начнут падать куски побольше и через некоторый промежуток времени начнеться серьезное обрушение. Большие куски и не только сверху, но и из бокового примыкания. Можно подумать, что этот процесс уже невозможно будет остановить и он постепенно может достигнуть поверхности. Но этого не будет. Обрушение кровли достигнет определенной высоты и конфигурации и процесс обрушения остановиться. Высота и конфигурация нарушенной кровли будет зависить от типа и крепости горных пород. И обрушение прекратиться когда конфигурация кровли примет определенные очертания. И вот это очертание кровли, при котором прекратиться обрушение и есть свод естесвенного равновесия. Кровля примет такую конфигурацию, которая позволит ей принять устойчивое положение. Очертание свода - есть ломаная линия в которой нет никакой правильности и гармонии. Но если эту ломаную линию усреднить и прочертить, то она будет напоминать классический свод. Только свод этот будет в верхней части выступать немного вверх. Обрушение затронет не только верх, но и боковые стороны и они тоже внесут свою лепту в образование свода естественного равновесия.

Вот схема современной рамы арочной крепи:


Такая конфигурация рамы и сечение, которое она крепит, носит название шатровая. И такая конфигурация наиболее близко подходит к конфигурации свода естественного равновесия.

Но это продукт современной инженерной мысли. А как и каким способом пришли к такой конфигурации?

"Первую научную гипотезу о силах, действующих в ненарушенном скальном массиве пород, обосновал в 1878 г. швейцарский геотектоник А. Гейм. Давление пород по А. Гейму - это тяжесть толщи пород.

В 1899 г. немецкий инженер-маркшейдер В. Тромпетер высказал предположение о существовании вокруг горной выработки трех зон с различным уровнем напряженного состоянии пород. По В. Тромпетеру, непосредственно к выработке примыкает зона массива, разгруженная от естественных напряжений (зона пониженного давления), в пределах которой происходит обрушение пород. Напряжения в этой зоне значительно ниже имевшихся в массиве до проведения выработки. Вторая зона, обволакивающая первую, является зоной повышенного давления. Она воспринимает на себя давление всей вышележащей толщи пород и защищает выработку. Третья зона - зона упругого состояния пород, которая по уровню напряженного состояния соответствует ненарушенному массиву пород. Качественное объяснение В. Тромпетером закономерностей формирования напряженного состояния пород вокруг горной выработки было первым серьезным вкладом в последующее развитие теории горного давления. Зоне пониженного давления, охватываемой процессом сводообразования, было присвоено имя В. Тромпетера.

В конце XIX века появилось множество различных теорий, одной из первых в 1867 г. была опубликована теория П. Шульца, рассматривающая пласт породы в кровле выработки или очистного пространства как изгибающуюся балку. Шульц находит допустимую длину обнажения слоя в кровле очистного пространства. Однако П. Шульц решает задачу лишь для отдельного упругого слоя, то есть непосредственной кровли угольного пласта, хотя в натуре имеется значительное количество залегающих один над другим и не связанных между собой слоев пород - ложная кровля, пласты-спутники и др.

Интересное аналитическое решение задачи об обрушении породы в кровле горизонтальной выработки предложено в 1879 г. В. Риттером. Автор исходил из известного факта о том, что в породах кровли, имеющих некоторое сцепление между частицами, под влиянием собственного веса стремится оторваться и упасть в выработку сводообразный объем породы. Задача сводилась к определению уравнения кривой отрыва и давления на крепь.

В 1885 г. появилась работа Н. Фейоля, не содержащая никакой математической теории, но заключающая в себе описание многочисленных лабораторных опытов и данных непосредственных наблюдений в шахтах, раскрывавших качественную картину происходящих явлений. Автор исследует прогибания пластов пород кровли в очистное пространство и устанавливает закономерность этого процесса. Он впервые показал различие в расслоении и прогибе пластов пород, находящихся на различном удалении от кровли. Если глина при сжатии до 100 МПа непрерывно уменьшается в объеме, то сланец уже при давлении 10 МПа увеличивается в объеме на 28%, песчаник - на 36%, а уголь - на 30%. Дальнейший рост давления сопровождается уменьшением объема пород. На большом количестве моделей Н. Фейоль исследовал процесс обрушения вмещающих пород по мере отработки горизонтальных, наклонных и крутопадающих залежей.

Попытку определить высоту свода по прогибу слоистой кровли выработки предпринял в 1912 г. О. Коммерель. В основу его теории положен факт образования над выработкой свода устойчивого равновесия, внутри которого порода растрескивается и разбивается на куски. Для удобства расчетов О. Коммерель принимает вместо параболического эллиптический свод такой же ширины и высоты.

В 1908-1910 гг. А. Леон дал строгое математическое решение задачи о распределении напряжений вокруг выработки круглого сечения, пройденной в упругой горной породе. Задача решена А. Леоном на основании общих уравнений равновесия.

Дальнейшему развитию теории горного давления способствовали выполненные в 1915 г. исследования Ф. Левинсон-Лесинга и А. Зайцева на оптико-поляризационных материалах характера распределения напряжений вокруг выработок разных форм. .
С 1908 по 1912 гг. М.М. Протодьяконовым была создана и проверена опытным путем теория давления пород на рудничную крепь. По его мнению, крепь испытывает лишь давление пород, обрушившихся в пределах свода. Исходя из площади параболы и объемной массы породы, М.М. Протодьяконов выводит формулу для расчета давления на крепь выработки. Эти работы играют значительную роль в расчетах крепи для шахт глубиной до 150-200 м. На глубинах 500-700 м различие в рассчитанных по его формулам значениях высоты свода и непосредственно измеренных в шахтах становится весьма существенным. Кроме того, предложенные формулы пригодны лишь для одиночных выработок.

Значительным достижением в развитии теории горного давления явилась разработка в 1925 г. А.Н. Динником новой гипотезы о напряженном состоянии ненарушенного массива пород, в которой рассматривается условие равновесия единичного объема породы (кубика) с расположенными вертикально и горизонтально ребрами. Теорией А.Н. Динника можно пользоваться лишь для определения напряжений в массиве пород до проведения в нем горной выработки.

Появление теории А.Н. Динника было вызвано острой практической необходимостью решения с достаточной степенью приближения сложных практических задач горного дела, связанных с разрушением крепи выработок и очистных забоев горным давлением, деформированием рудных целиков и обвалами массива в камерах, стрелянием пород и горными ударами на глубоких горизонтах шахт. Для решения таких задач требуется знание истинного уровня напряженного состояния переднего массива на различных глубинах и закономерностей физических процессов, протекающих в породах."

Если обратить внимание на даты, то видно, что исследования горного давления и процессов при этом происходящих, начались всего лишь в конце девятнадцатого века. А что до этого?

А до этого пользовались своим горьким опытом.
крепь

Вот хороший рисунок. Он хорошо показываент эволюцию конфигурации крепи. Раньше ведь не пользовались железом и выработки крепили деревом. Брусом и досками в промежутках.  Верхние две деревянные рамы характерны для неглубоких шахт. Такая трапециодальная конфигурация хорошо противостояла горному давлению и предохраняла выработку от обрушения. Но когда полезли на большую глубину, такая крепь уже не справлялась с поставленными задачами. И ее начали усиливать. Это хорошо видно на нижних рисунках. Но это все сопровождалось авариями и обрушениями, пока дошли до такой конфигурации. И сколько при этом было разбито буйных головушек подземных богатырей, врядли кто то точно может сказать.

В конце концов пришли к арочной металлической крепи. Но сколько времени прошло с того времени, трудно подсчитать.

Но ведь раньше подземные сооружения использовались не долько для добычи полезных ископаемых. Как показано в предыдущей части, их начали использовать и в военном деле. И название подземных сооружения перешло непосредственно в военное дело. А где еще использовались подземные сооружения? Как они себя проявили?

Проявили они себя в тех сооружениях, которые дошли до наших дней под названием пещер:


Сватовские пщеры в Луганской области.

shatrishhe4

Донские пещеры в Воронежской области.


Пещеры в Киево - Печерской лавре.
Антониевая

Антониевы пещеры в Черниговской области. Я об этом писал раньше.

Соорудили их задолго до начала разработки угольных месторождений. Но сечения таких пещер, практически идеально соотвествуют современным сечениям горных выработок и соответсвуют теоретическим разработкам! И они расположены в метах, где исторчески не зафиксировано каких то больших фортификационных сражений. Значит они не были связаны с военным делом.

Поражает аккуратность их исполнения. Язык не поворачивается сооружение этих пщер назвать строительством. За исключением Сватовских пещер, геометрия их исполнения сравнима с геометрией и аккуратностью современного метроплитена. Подземная их архитектура сравнима по заначимости с архитектурой выдающихся земных сооружений. Но ведь к такому надо было еще и придти! Если к современной конфигурации подземных сооружений шахт шли три века, то сколько времени могло пройти, что бы придти к таким результатам в пещерном строительстве?

Современные историки не дают ответа на такие вопросы. "Считается" что это все строили монахи. Вот считается и все. Вопрос закрыт. Но так ли это?

Прикалываемся со штативом
Пещеры Дона.

А тут вдруг это. Ну, это. Ну, вот это. Ну, это же!

аркахрам

Инженерное решение проблемы устойчивости свода. Идентичное.

Собор Парижской Богоматери в Париже

Что в Донских пещерах, что в Черниговских, что в Киевских, что в соборе Парижской богоматери.

Визуальное подтверждение библейской притчи о первородстве и чечевичной похлебке.
Tags: Дон, история, шахта
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments