Временное сопротивление материала опорного целика сжатию необходимо устанавливать лабораторными испытаниями, так как прочность горных пород бывает разнообразная. Учитывая уменьшение сопротивления породы целика с увеличением отношения его высоты к поперечному размеру, акад. Л. Д. Шевяков предлагает при определении предела прочности породы целика сжатию R пользоваться следующим поправочным коэффициентом:
При подсчете в размеры целика прибавляют толщину крепи (если она имеется), которая включается в совместную работу с целиком. Запас прочности целиков, ограниченных камерами одинаковой Высоты с трех сторон, определяют как среднее из расчета междукамерного целика и целика бесконечно длинного. Для междукамерных целиков, ограниченных с четырех сторон камерами различной высоты и ширины, при определении запаса прочности принимают среднее значение высоты и ширины всех четырех камер.
Как известно, при проектировании всякого сооружения, для: обеспечения достаточной прочности и. крепости необходимо выбирать такие расчетные напряжения, которые были бы значительно ниже временного сопротивления материала сооружения-: деформациям. Такое допустимое предельное напряжение называется прочным или безопасным, а отношение временного сопротивления к безопасному напряжению называется коэффициентом прочности или коэффициентом безопасности.
Выбор величины коэффициента прочности, а следовательно, и величины допускаемых напряжений имеет весьма важное значение при определении размеров целиков, так как прочность целика зависит не только от правильности метода расчета, но и от правильности выбора величины допускаемых напряжений для породы целика. Излишне высокие допускаемые напряжения могут привести к недостаточной прочности целиков, а приняв малые допускаемые напряжения, можно обеспечить высокую прочность целиков, часто совершенно излишнюю, так как это вызывает значительное удлинение подходных и соединительных тоннельных выработок.
В практике строительства при решении вопросов прочности обычно придерживаются правила, чтобы возникающие в частях сооружения напряжения не превышали предела упругости материала. Это правило исходит из того, что при переходе за предел упругости получаются остающиеся изменения формы, которые обычно бывают настолько велики, что нарушают правильность соединения и связь отдельных частей. Кроме того, при переходе напряжений за пределы упругости они приближаются к разрушающему усилию, что опасно и не может быть допущено в сооружениях, от которых требуется долговечность. Поэтому требование ограничения напряжений пределом упругости вызывает необходимость приложения к сооружению только таких нагрузок, которые при установившемся равновесии вызывают напряжения, не больше половины предела упругости.
В целиках характер приложения нагрузки обычно резко отличается от сооружений (за исключением случаев динамического проявления горного давления). В сооружениях приложение нагрузки совершается быстро, что и вызывает появление значительных напряжений по сравнению с установившимся равновесием. В целиках нагрузка возрастает медленно, по мере увеличения площади камер и других горных выработок, поэтому в них отсутствует появление значительных напряжений, что ставит целики в более выгодные условия, чем обычные поверхностные сооружения.
Факторы, вызывающие необходимость введения запаса прочности при определении размеров междукамерных целиков, следующие:
колебание временного сопротивления вследствие неоднородности породы целика;
возможность отклонения расчетных сил в сторону повышения по сравнению с принятыми в проекте;
случайные силы, не принятые во внимание при расчете и не учитываемые дополнительные напряжения (местные, температурные) ;
снижение прочности целика вследствие длительного действия нагрузки;
некоторые отклонения от запроектированных размеров целика при производстве горных работ;
оставление необходимого резерва в напряженном состоянии целика во избежание возможности появления в нем опасных трещин;
производство работ с применением взрывчатых веществ.
В подземном строительстве запас прочности, принимая во внимание перечисленные факторы и невозможность учета всех действующих напряжений, следует принимать не менее 4-5. Необходимо подчеркнуть, что каких-либо правил, регламентирующих запас прочности для целиков, не существует. Методы расчета междукамерных целиков для условий подземного строительства являются приближенными и требуют дальнейшего уточнения.