Гірничий тиск. 
Інженерна геологія

Під час будівництва підземних споруд виникає необхідність розрахунку стійкості покрівлі і стін закладених в товщу порід гірничих виробок. Це пов`язано з визначенням напруженого стану товщі гірських порід, який виникає внаслідок утворення в масиві породи порожнин (гірничих виробок) і носить назву гірничого тиску.

Один із проявів гірничого тиску — переміщення гірських порід над виробленим простором, що називається зрушенням гірських порід. Воно може досягати денної поверхні і тоді говорять про зрушення земної поверхні. В районах, де над гірничими виробками розташовані населені пункти, ці явища можуть викликати деформації споруд, а інколи й їх руйнування. Змінюється природний напружений стан масиву гірських порід. Виникає досить складна картина розподілу напружень поблизу гірничої виробки: стискаючі напруження концентруються по бокових стінках виробки і розвантажуються в покрівлі, де стискаючі напруження змінюються розтягуючими.

Зміни напруженого стану тягнуть за собою деформації товщі гірських порід поблизу виробки. Якщо вони не виходять за межі пружних деформацій чи мають вигляд повільних пластичних деформацій, то порушення стійкості не відбувається, і підземні виробки можуть існувати без кріплення (наприклад, виробка невеликого перетину в скельних породах не вимагає кріплення). Однак у більшості випадків напруження перевищують межі міцності порід, через що починається їх руйнування, з`являються тріщини, відбувається обрушення окремих брил чи всієї покрівлі виробки. Основною причиною, що викликає гірничий тиск, є сила тяжіння, тобто вага товщі порід. Виникнення гірничого тиску пов`язане також зі зміною фізичного стану порід (набрякання і усадка, температурні коливання, тектонічні напруження та ін. чинники).

В початковий період розвитку гірничої справи і будування тунелів вважалося, що гірнича виробка, на якій би глибині від поверхні вона не була закладена, завжди перебуває під тиском, що дорівнює вазі товщі порід, які залягають над нею. Це було як аксіома. Але пізніші спостереження і досвід показали, що тиск, який передається на кріплення гірничих виробок, є значно меншим, ніж вага всього стовпа порід, що залягають над цією виробкою. Для пояснення цього явища були висунуті гіпотези про «склепіння природної рівноваги», про розвантажуючу арку тиску, про консольну плиту (балку) та ін.

Гіпотеза про «склепіння природної рівноваги» була розроблена одним із основоположників теорії гірничого тиску професором М. М. Протодьяконовим. Згідно з цією гіпотезою, над виробленим простором утворюється склепіння природної рівноваги, що має форму параболи. Величина тиску на кріплення виробки дорівнює вазі породи, яка знаходиться всередині цього контура. Відповідно до цього, тиск гірських порід на кріплення з боку покрівлі, віднесений до 1 м довжини виробки, може бути обчислений за формулою:

Р = 4/3 ав, (3.2).

де — щільність породи, т/м³;

а — напівпроліт виробки (половина її ширини у верхній частині), м;

в — висота склепіння природної рівноваги, м.

Величина в приймається залежно від коефіцієнта міцності порід f (за М.М. Протодьяконовим).

Дослідження показали, що утворення висота склепіння природної рівноваги спостерігається тільки при порівняно невеликій (відносно глибини залягання) ширині виробок. При великій ширині склепіння обрушується і починаються переміщення гірських порід від контура виробки до денної поверхні.