У недоторканому масиві, тобто до проведення виробки, гірські породи знаходяться в об'ємному рівноважному напруженому стані. Звичайно вважається, що напруження зумовлені тільки щільністю товщі порід, а масив умовно розглядається як однорідний та ізотропний. В переважній більшості умов вертикальна компонента напружень перебільшує горизонтальні, але в деяких районах земної кулі існує аномальний розподіл напружень, коли бокові напруження в 2–5 разів більше вертикальних завдяки тектонічним процесам.
Проведення підземних гірничих виробок викликає зміну напруженого стана порід, що існував до цього, і в контурі виробки виникає концентрація напружень, що характеризується коефіцієнтом концентрації, який виражається відношенням значення напруження, що виникає після проведення виробки, до значення напруги, що існувала у тієї ж точці в недоторканому порідному масиві. Значення коефіцієнта концентрації може коливатися в широких межах. У звичайних умовах його значення коливається від 2 до 3[1] (рис. 2-1).
Рис. 2‑1 – Розподіл напружень навколо виробки у ідеально пружному масиві:
1 – виробка; 2 - епюра напружень; 3 – рівень напружень у недоторканому масиві
Глибина зони концентрації напружень практично не перебільшує (3—5) l (l – найбільший лінійний розмір перетину виробки). При розташуванні в масиві зближених виробок виникає їх взаємний вплив, який викликає додаткову концентрацію напружень.
Характер проявів гірського тиску залежить від співвідношення величини напружень і міцності масиву навколо виробки. Якщо напруження відносно високі, вони можуть викликати руйнування або пластичне деформування порід в певній зоні навколо виробки і для її нормальної експлуатації необхідно застосування гірничого кріплення. Величина напружень в зоні руйнування знижується і навколо неї виникає зона знижених напружень (непружних деформацій) (рис. 2-2). Зона максимальних напружень відсувається від контуру вглиб масиву. Зміщення контуру виробки, викликане пружними і непружними
Рисунок
деформаціями порід, може досягати декількох десятків і навіть сотень міліметрів.
Рис. 2‑2 – Розподіл напружень навколо виробки у пружно-пластичному масиві
1 – виробка; 2 – зона непружних деформацій; 3 – епюра напружень; 4 – рівень напружень у недоторканому масиві
Гірський тиск може виявлятися в різних формах.
1. Пружне або пружно-в’язке зміщення порід без їх руйнування.
2. Вивалоутворення (місцеве або регулярне) в слабких, тріщинуватих та дрібношаруватих породах.
3. Руйнування і зміщення порід (в тому числі вивалоутворення) під впливом граничних напружень в масиві по усьому периметру перетину виробки або на окремих його дільницях.
4. Видавлювання порід у виробку внаслідок пластичної течії, в тому числі – з боку підошви (обдимання порід).
У підготовчих, а іноді і в капітальних виробках, що потрапляють в зони опорного[2] тиску, мають місце підвищені деформації порід, запобігти які майже неможливо. У таких випадках необхідно застосування податливих конструкцій кріплення.
