Wpływ wykonania wyrobiska na stan napięcia w górotworze

Wydrążenie wyrobiska w skałach powoduje naruszenie istniejącego stanu równowagi w górotworze, a więc zmianę stanu napięcia w rozmaitych punktach skał i to zarówno w bezpośrednim sąsiedztwie wyrobiska, jak i w pewnej od niego odległości. Dotyczy to tak samego złoża, jak i skał stropowych oraz spągowych. Cząstki skał, które poprzednio ściśnięte były ze wszystkich stron i nie miały możliwości odkształcenia się, rozprężają się teraz w kierunku wydrążonego wyrobiska. Aby się przeciwstawić przesunięciu górotworu w kierunku pustej przestrzeni (wyrobiska), podpiera się strop obudową lub podsadzką nacisk znad wyrobiska musi się wówczas przenieść częściowo na obudowę (podsadzkę), a częściowo na skały stanowiące ściany boczne wyrobiska, czyli ociosy. Gdyby cały ciężar skał nadległych nad stropem wyrobiska cisnął na obudowę, okazałoby się, że nie ma takiego materiału, z którego zrobiona obudowa potrafiłaby utrzymać ten ciężar na sobie.

Na przykład dla utrzymania wyrobiska na głębokości 1000 m, gdzie panuje ciśnienie pz = 25 MPa przy wytrzymałości drewna na ściskanie około 25 MPa należałoby całe wyrobisko wypełnić drewnem. Wynikałoby z tego, że na tej głębokości nie da się wykonać wyrobiska. Tymczasem kopalnie węgla prowadzą eksploatację na głębokości poniżej 1500 m, a kopalnie złota i diamentów jeszcze głębiej.

W celu lepszego zrozumienia zjawisk zachodzących w górotworze po wykonaniu wyrobiska, podany będzie przykład, w którym strop porównuje się z belką stalową o ciężarze 1200 N dźwiganą przez sześciu ludzi. Cały ciężar belki rozłożony jest na nich równomiernie, a więc na każdego wypada 200 N (rys. 6.9a). Podobnie w skale nienaruszonej ciśnienie pierwotne jest w każdym miejscu równomierne, np. 10 MPa (rys. 6.9b). Jeżeli czterech ludzi niosących belkę wyjdzie z szeregu, to ciężar cały 1200 N zaciąży na pozostałych dwóch i każdy z nich będzie dźwigał po 600 N (rys, 6.10a). _

Podobnie sprawa przedstawia się ze stropem wyrobiska. Po wykonaniu w skale wyrobiska cały ciężar skał leżących nad wyrobiskiem przechodzi na jego ściany boczne (rys. 6.10b), wywołując tam zwiększone ciśnienie.