Практическая механика горных пород

Учиться и не размышлять — напрасно терять время,
размышлять и не учиться — губительно.
Конфуций

А.А. БАРЯХ
директор ГИ УрО РАН

Д.Р. КАПЛУНОВ

В.Н. ЗАХАРОВ

чл.-корр. РАН

директор ИПКОН РАН

чл.-корр. РАН

И.Ю. РАССКАЗОВ
директор ИГД ДВО РАН

В.Л. ШКУРАТНИК
зав. кафедрой МГГУ

академик МАН ВШ

РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ
ИЗДАТЕЛЬСТВА «ГОРНАЯ КНИГА»

ИЗДАТЕЛЬСТВО
ГОРНАЯ КНИГА
«
»
МОСКВА

В И. БОРЩ-КОМПОНИЕЦ
.

ПРАКТИЧЕСКАЯ
МЕХАНИКА
ГОРНЫХ
ПОРОД

УДК 622.73
ББК 33.1
 
Б82

Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253—03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом 
России 30 марта 2003 г. (ОСТ 29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое заключение 
Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия 
человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.12

© В.И. Борщ-Компониец, 2013
© Издательство «Горная книга», 2013
© Дизайн книги. Издательство «Горная книга», 2013

ISBN 978-5-98672-342-6
УДК 622.83
ББК 33.1

Борщ-Компониец В.И.
Б82  
Практическая механика горных пород. — М.: Издательство «Горная 
книга», 2013. — 322 с.: ил. 
ISBN 978-5-98672-342-6 (в пер.)

Приведены общие вопросы механики горных пород, позволяющие читателю получить знания, формирующие системное представление о механических закономерностях, 
протекающих в массивах при проведении горных выработок. Рассмотрены особенности 
горных пород и напряженного состояния массивов, закономерности проявления горного давления при проведении одиночных и очистных горных выработок, основные 
положения сдвижения горных пород при подземной и открытой разработке. Описаны 
методы изучения сдвижения и проявления горного давления, виды анкерного крепления, пучения горных пород.
Для горных инженеров, связанных с своей производственной и проектной деятельности с изучением геомеханических процессов. Может быть полезна студентам 
горных специальностей вузов.

НЕКОТОРЫЕ ПОНЯТИЯ, 
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В МЕХАНИКЕ ГОРНЫХ ПОРОД

АНИЗОТРОПНОСТЬ
Свойства тел, которые различны по разным 
направлениям
БЕРМА
При подземной разработке месторождений 
полоса, прилегающая к контуру, охраняемого 
от влияния горных работ
БОКОВЫЕ ПОРОДЫ
Горные породы, расположенные сбоку от залежи полезного ископаемого или прилегающие 
к ней
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ 
КРЕПИ И ПОРОД
Взаимозависимое и взаимообусловленное изменение в пространстве и времени граничных 
поверхностей контакта
ВНЕЗАПНЫЙ ВЫБРОС 
УГЛЯ И ГАЗА 
(Внезапный выброс)

Самопроизвольный выброс газа, твердого 
полезного ископаемого (уголь, соль) или 
вмещающей породы в подземную горную выработку
ВНЕШНИЕ СИЛЫ
Силы, являющиеся результатом контакта тела 
с внешней средой
ВОЗДУШНЫЙ УДАР
Механическое воздействие воздушной волны, 
возникающей вследствие обрушения горных 
пород
ВТОРИЧНАЯ ОСАДКА
Самопроизвольное периодическое оседание 
горных пород кровли после их зависания на 
значительной площади при подвигании очистного забоя
ВЫВАЛ
Местное выпадение в выработку отделившейся 
части пород
ВЯЗКОСТЬ ГОРНЫХ 
ПОРОД
Способность горных пород поглощать энергию 
в процессе их деформирования
ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ 
ДАВЛЕНИЕ
Напряженное состояние, при котором все 
главные напряжения равны
ГЛАВНЫЕ СЕЧЕНИЯ 
ЗОНЫ СДВИЖЕНИЯ
Вертикальные плоские сечения в местах наибольшего развития мульды сдвижения
ГОРНОЕ ДАВЛЕНИЕ
Силы в породах, окружающих горную выработку
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
Природные минеральные агрегаты, слагающие 
литосферу Земли в виде самостоятельных геологических тел

ГОРНЫЙ МАССИВ
Горные породы в местах их естественного залегания с учетом структурного ослабления
ГОРНЫЙ УДАР
Внезапное быстропротекающее разрушение 
предельно напряженной части массива полезного ископаемого или породы, прилегающей 
к подземной горной выработке
ГРАВИТАЦИОННОЕ 
ПОЛЕ ЗЕМЛИ
Силовое поле, обусловленное притяжением 
масс Земли и центробежной силой, возникающей вследствие суточного вращения Земли
ДВУХОСНОЕ 
НАПРЯЖЕННОЕ 
СОСТОЯНИЕ

Напряженное состояние, в котором одно из 
главных напряжений равно нулю

ДВУХОСНОЕ СЖАТИЕ
Сжатие, вызванное нормальными напряжениями, приложенными по двум перпендикулярным направлениям
ДИЛАТАНСИЯ
Относительное изменение объема некоторого 
элемента тела
ДИНАМИЧЕСКОЕ 
ЯВЛЕНИЕ
Внезапно возникающее и протекающее с высокой скоростью движение горных пород, газов 
или жидкостей вблизи выработок, сопровождающееся сильным динамическим эффектом
ЕСТЕСТВЕННОЕ 
НАПРЯЖЕННОЕ 
СОСТОЯНИЕ

Напряженное состояние, существующее в массиве до проведения в нем горных выработок, 
формирующееся в массивах горных пород, 
главным образом, вследствие воздействия 
гравитации и тектонических процессов, происходящих в Земле
ЗАКЛАДКА
Заполнение выработанного пространства закладочным материалом
ЗАКОЛ
Глубокая трещина в горных породах, возникающая в результате их сдвижения
ЗОНА ОБРУШЕНИЯ
Часть зоны сдвижения, в которой происходят 
обрушения горных пород
ЗОНА ПРОГИБАНИЯ
Часть зоны сдвижения, в которой происходят 
прогибания пластов горных пород
ЗОНА СДВИЖЕНИЯ 
ГОРНЫХ ПОРОД 
(Зона сдвижения)

Область массива горных пород, затронутая 
сдвижением

ИЗОТРОПНОСТЬ
Особенности тела, свойства которого идентичны во всех направлениях

КОНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
Элемент разделения некоторого объекта исследований на дискретные части для проведения 
затем численного анализа состояния этого 
объекта
КОРЖ
Отслоившаяся небольшой толщины пластина 
кровли пласта
КОЭФФИЦИЕНТ 
КОНЦЕНТРАЦИИ 
НАПРЯЖЕНИЙ

Отношение величины напряжений при наличии концентраторов к напряжению в этой же 
области при его отсутствии. Обычно производится сравнение с напряженным состоянием 
нетронутого массива горных пород
КОЭФФИЦИЕНТ 
ТРЕНИЯ
Отношение нормального напряжения к тангенциальному, действующих на контакте двух 
поверхностей, когда началось или происходит 
скольжение одной поверхности относительно 
другой
КРЕПЬ ГОРНАЯ
Горно-техническая конструкция, возводимая 
в подземных горных выработках для обеспечения их устойчивости и управления горным 
давлением
КРЕПЬ НАРАСТАЮЩЕГО 
СОПРОТИВЛЕНИЯ
Податливая крепь, сопротивление которой 
возрастает при деформировании
КРЕПЬ ПОСТОЯННОГО 
СОПРОТИВЛЕНИЯ
Податливая крепь, сопротивление которой не 
зависит от ее деформации
КРОВЛЯ ПЛАСТА
Горные породы, залегающие непосредственно 
над пластом (залежью, жилой)
ЛОЖНАЯ КРОВЛЯ
Слой породы незначительной толщины, находящийся непосредственно над залежью, 
имеющей свойство обрушаться одновременно 
с выемкой полезного ископаемого
ЛОЖНАЯ ПОЧВА
Слой породы незначительной толщины, находящийся непосредственно под залежью, 
имеющей свойство в условиях крутого падения 
сползать при выемке полезного ископаемого
МАССИВ ГОРНЫХ 
ПОРОД
Участок земной коры, характеризующийся 
общими условиями образования и определенными инженерно-геологическими свойствами 
слагающих его горных пород
МАСШТАБНЫЙ 
ЭФФЕКТ
Влияние размеров образца на прочность или 
другие механические характеристики

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ 
МОДЕЛЬ
Представление какого-либо явления при помощи математических выражений, исходя из 
которых можно предсказать с той или иной 
вероятностью состояние изучаемой системы
МЕХАНИКА ГОРНЫХ 
ПОРОД
Теоретическая и прикладная наука о механическом поведении горных пород
МЕХАНИКА ГРУНТОВ
Раздел механики горных пород, изучающий механические процессы, возникающие в грунтах 
(рыхлых горных породах) как под действием 
природных факторов, так и под влиянием деятельности человека
МЕХАНИЧЕСКАЯ 
ХАРАКТЕРИСТИКА 
КРЕПИ

Зависимость между сопротивлением крепи и  
смещением взаимодействующих с ней пород. 
Различают: а) жесткую крепь; б) податливую 
крепь
МЕХАНИЧЕСКИЕ 
СВОЙСТВА ПОРОД
Характеризуют изменения формы, размеров и 
сплошности горных пород под воздействием 
механических нагрузок, которые создаются 
в результате действия естественных (горное 
давление, тектонические движения) или искусственных (взрывные работы, дробление, 
резание) факторов
МУЛЬДА
Пологая синклинальная складка или тектоническая впадина, имеющая корытообразную 
форму в профиле и изометричную или овальную в плане
МУЛЬДА СДВИЖЕНИЯ
Впадина на земной поверхности, образовавшаяся в результате сдвижения горных пород
НАГРУЗКА НА КРЕПЬ
Силовое воздействие на крепь со стороны 
элементов массива горных пород
НАДЕЖНОСТЬ
Свойство технических объектов сохранять во 
времени в установленных пределах значения 
всех параметров, необходимых для выполнения требуемых функций в заданных режимах 
и условиях применения
НАДРАБОТКА ПЛАСТОВ
Порядок шахтной разработки свит (групп) 
пластов полезного ископаемого, при котором 
первоначально отрабатывают вышележащие 
пласты продуктивной толщи с целью предварительной дегазации, снижения прочности 
крепких углей, опасности внезапных выбросов 
угля и газа, горных ударов и т.п.

НЕПОСРЕДСТВЕННАЯ  
КРОВЛИ
Толща пород, находящаяся непосредственно 
над залежью полезного ископаемого, имеющая свойство обрушаться вслед за удалением 
крепи
НЕУСТАНОВИВШЕЕСЯ 
ГОРНОЕ ДАВЛЕНИЕ
Горное давление, изменяющееся с течением 
времени
НОРМАЛЬНАЯ СИЛА
Сила, направленная перпендикулярно к участку, к которой она приложена
ОБЛАСТЬ ВЛИЯНИЯ 
ВЫРАБОТКИ
Область в окружающем выработку массиве горных пород, в которой перераспределяются напряжения вследствие проведения выработки
ОБЛАСТЬ 
ПОВЫШЕННЫХ 
НАПРЯЖЕНИЙ

Область массива горных пород, напряжения  
в которой в результате проведения выработки 
увеличены по сравнению с напряжениями 
в нетронутом массиве
ОБЛАСТЬ 
ПОНИЖЕННЫХ 
НАПРЯЖЕНИЙ

Область массива горных пород, напряжения 
в которой в результате проведения выработки 
уменьшены по сравнению с напряжениями 
в нетронутом массиве
ОБРЕЗ
Вертикальная или наклонная поверхность 
(обычно вблизи очистного забоя), относительно которой произошло обрушение больших 
масс пород
ОБРУШЕНИЕ ГОРНЫХ 
ПОРОД (Обрушение)
Сдвижение горных пород преимущественно 
сверху вниз с отделением от массива кусков 
и глыб
ОБЫГРЫВАНИЕ КРЕПИ
Отделение и выпадение кусков горных пород, 
возникающие при значительной концентрации 
напряжений в породах в местах соприкосновения с крепью
ОДНООСНОЕ 
НАПРЯЖЕННОЕ 
СОСТОЯНИЕ

Напряженное состояние, в котором два из трех 
главных напряжений равны нулю

ОДНООСНОЕ СЖАТИЕ
Сжатие, являющееся результатом приложения 
нормальных напряжений только в одном направлении
ОПОЛЗАНИЕ ГОРНЫХ 
ПОРОД (Оползание)
Сдвижение горных пород в виде их скольжения 
по наклонной плоскости
ОПОРНОЕ ГОРНОЕ 
ДАВЛЕНИЕ 
(Опорное давление)

Горное давление, которое возникает под 
воздействием пород, нависающих над выработкой

ОСЕДАНИЕ ГОРНЫХ 
ПОРОД 
(Оседание)

Сдвижение горных пород преимущественно 
сверху вниз без значительного разрыва сплошности
ОСНОВНАЯ КРОВЛЯ
Толща пород, находящаяся над залежью полезного ископаемого, имеющая свойство обрушаться после подработки ее на значительной 
площади
ОСТАТОЧНЫЕ 
ДЕФОРМАЦИИ
Деформации, которые не исчезают после снятия с тела нагрузки
ОТЖИМ
Перемещение полезного ископаемого в выработку вследствие его растрескивания в 
условиях перенапряженного состояния под 
действием опорного давления
ОХРАНА ГОРНЫХ 
ВЫРАБОТОК
Комплекс технических мероприятий, направленных на сохранность выработок в эксплуатационном состоянии в течение необходимого 
периода
ПЛАВНОЕ ОПУСКАНИЕ 
КРОВЛИ 
(Плавное опускание)

Способ управления кровлей путем регулируемого сближения кровли с почвой в выработанном пространстве без разрыва сплошности 
горных пород
ПЛАСТИЧНОСТЬ 
ГОРНОЙ ПОРОДЫ
Свойство горных пород необратимо деформироваться без нарушений сплошности под 
действием механических нагрузок
ПЛОТНОСТЬ ГОРНЫХ 
ПОРОД
Отношение массы горных пород к ее объему

ПОЛЗУЧЕСТЬ ГОРНЫХ 
ПОРОД
Медленная непрерывная пластичная деформация горных пород под воздействием 
постоянной нагрузки или механического напряжения
ПОЛНАЯ ЗАКЛАДКА
Способ управления горным давлением путем 
закладки всего объема выработанного пространства
ПОЛНОЕ ОБРУШЕНИЕ 
КРОВЛИ 
(Полное обрушение)

Способ управления кровлей путем ее искусственного обрушения вдоль всего забоя

ПОСАДКА КРОВЛИ
Искусственное обрушение пород непосредственной кровли в выработанном пространстве 
очистных выработок
ПОЧВА ПЛАСТА 
(Подошва пласта)
Горная порода непосредственно подстилаюая 
данный пласт (залежь, жилу)