книги / Сдвижение горных пород и земной поверхности под влиянием подземной разработки

—инженерных сооружений (водонапорныхбашен, дымовыхтруб, плагин и дамб, электростанций, опор линий электропередач и др.);

— технологического оборудования (шахтных подъёмных машин, вентиляторов, крупногабаритных станков, подкрановых путей и др.);

— санитарно-технических сетей (водопроводов, теплопро­ водов, канализационных сетей);

—водных объектов (рек, каналов, водохранилищ, хвостохранилищ идр.);

—действующих карьеров, склонов гор, склонных к оползне­ вым явлениям;

—других объектов.

На специальных наблюдательных станциях определяются величины сдвижений и деформаций как подрабатываемых объектов, так и земной поверхности. С этой целью в подрабаты­ ваемых объектах устанавливают стенные реперы, маяки, замер­ ные датчики, а на земной поверхности вблизи подрабатываемых объектов закладывают грунтовые реперы.

Плановую и высотную привязку реперов наблюдательной станции к опорной геодезической сети и наблюдения за сдвиже­ нием грунтовых и стенных реперов в вертикальной и горизон­ тальной плоскостях на специальных наблюдательных станциях выполняют теми же способами и методами, которые применя­ ются на типовых наблюдательных станциях.

При подработке гражданских жилых и общественных зда­ ний, а также производственных зданий промышленных пред­ приятий стенные реперы закладывают в фундаментах или цоколях по всему периметру здания через равные интервалы от 4 до 12 м. На каждой стороне здания должно быть заложено не менее трех стенных реперов.

Расстояния между реперами в каркасных зданиях должны соответствовать шагу основных колонн. Стенные реперы закла­ дывают непосредственно в наружных колоннах или на их фунда­ ментах. В отдельных случаях закладывают реперы и во внутрен­ них колоннах, а также в балках перекрытий.

Грунтовые реперы закладывают против стенных реперов на расстоянии 1,5-2,0 м от фундамента, но не ближе 0,5 м от отмо­ стки.

Когда перед подработкой здания требуется уточнение ожи­ даемых деформаций земной поверхности, на участке между зда­ нием и приближающимися к нему горными работами заклады­ вают дополнительные профильные линии грунтовых реперов.

Наблюдения на станции при подработке зданий заключают­ ся в нивелировании стенных и грунтовых реперов, измерении горизонтальных расстояний между ними и наблюдений за деформациями зданий путем визуального осмотра. При этом особое внимание необходимо уделять состоянию несущих кон­ струкций (наличие трещин, отклонений от первоначального положения, прогибов).

Для установки датчиков, приборов и приспособлений, с помощью которых определяют напряжения и деформации в конструкциях зданий, привлекают специализированные орга­ низации.

Календарный план инструментальных измерений на спе­ циальных наблюдательных станциях составляют в каждом кон­ кретном случае применительно к решаемым задачам, условиям подработки изучаемого объекта и в зависимости от величин ожи­ даемых деформаций. Однако в период опасных деформаций при отработке пологих и наклонных (до 35 градусов) пластов наблю­ дения должны проводится не реже двух раз в месяц, а затем - один раз в два месяца до окончания процесса сдвижения.

После прекращения деформаций подрабатываемого объекта (по результатам наблюдений) проводят не менее двух контроль­ ных нивелировок с интервалом 2 -3 месяца.

При появлении первых признаков деформаций зданий (воз­ никновении первых трещин в стенах, раскрытии осадочных швов в зданиях с конструктивными мерами защиты) необходимо про­ вести дополнительные наблюдения по реперам наблюдательной станции и зафиксировать все видимые проявления деформаций независимо от ранее намечаемой программы наблюдений.

При появлении в стенах, колоннах и других частях подраба­ тываемых зданий трещин устанавливают маяки из гипса или цементно-песчаного раствора для наблюдения за изменением раз­ меров трещин. Ширину, длину трещин, а также дату измерения записывают в журнал. Для непосредственного измерения ширины раскрытия трещин применяют: щуп с набором пластин различной толщины, штангенциркуль, стальную линейку, прозрачный тра­ фарет с нанесенными на него линиями различной толщины.

Для измерения трещин в недоступных местах применяют глазомерную оценку ширины трещины по сравнению с непо­ средственно измеренными трещинами на ближайшем участке. Наблюдения за деформациями наружных стен зданий можно также осуществлять методом фотофиксации или фотограмме­ трии по масштабу изображения на фотоснимке с помощью изме­ рительных микроскопов.

При подработке промышленных зданий и сооружений, имеющих ответственные агрегаты, например мостовые краны, сложные станки, механизмы и другое оборудование, необходимо наблюдать за изменением их положения в плане и по высоте.

При наблюдениях за подкрановыми путями мостовых кра­ нов проводят нивелировку головок рельсов, измерение ширины колеи и зазоров на стыках рельсов. Определяют поперечный и продольный уклоны подкранового пути. Нивелируют с помо­ щью специальной рейки, подвешиваемой на подкрановый рельс (нивелир на полу) или с помощью рейки длиной 1,5 м (нивелир на кране). Рейку устанавливают на подкрановые рельсы в местах, где подкрановые балки опираются на колонны. Измерение ширины колеи подкрановых путей производят стальной компарированной рулеткой или специальными механическими при­ борами.

В фундаментах станков и другого оборудования закладыва­ ют не менее четырех реперов и выполняют нивелирование для определения наклонов в двух взаимно перпендикулярных напра­ влениях. В качестве реперов могут быть использованы высту­ пающие части анкерных болтов.

При подработке высоких инженерных сооружений с малой площадью опоры (дымовые трубы, водонапорные башни, опоры ЛЭП, телевизионные и радиорелейные башни и др.) в фундамен­ тах сооружений закладывают стенные реперы, а против них по периметру основания на удалении не менее 2 —3 м от фундамен­ та —грунтовые реперы. Кроме нивелирования стенных и грунто­ вых реперов проводят наблюдения за наклонами сооружений. Наклоны сооружений определяют с помощью теодолита с постоянных, закреплённых на местности точек, расположенных на взаимно перпендикулярных прямых, путём совмещения про­ екции центра верхнего сечения с центром нижнего в соответ­ ствии с «Руководством по определению кренов инженерных сооружений башенного типа геодезическими методами» М., Стройиздат, 1981. Наклоны и кривизна ствола трубы могут быть определены также фотограмметрическим методом.

Наблюдения за подрабатываемыми трубопроводами (нефте­ проводы, газопроводы и др.) включают наблюдения за сдвиже­ нием земной поверхности в зоне трубопровода, за напряжён­ но-деформированным состоянием и за эксплуатационным его состоянием. В зоне подработки трубопровода закладывают грун­ товые реперы на расстоянии 1,5 - 2,0 м от его оси (за пределами траншей). Расстояние между реперами от 5 до 20 м (в зависимо­ сти от глубины разработок). На участках с ожидаемыми сосредо­ точенными деформациями (уступы и др.) расстояния между реперами уменьшают до 3 —5 м. Инструментальные наблюдения включают нивелировку грунтовых реперов и измерение расстоя­ ний между ними.

Все трассы подрабатываемых трубопроводов не реже одно­ го раза в два месяца подлежат визуальному обследованию. Наблюдения за напряжённо-деформированным состоянием трубопровода проводят только в тех случаях, когда расчетные деформации земной поверхности превышают допустимые. Наблюдения за напряжённо-деформированным состоянием трубопроводов в зависимости от их назначения и конструкции включают:

—для стальных подземных и наземных напорных трубопро­ водов: измерение деформаций трубы в отдельных точках, вычи­ сление для них напряжений и проверка условий прочности;

—для подземных и наземных секционных трубопроводов: измерение подвижек стыковых соединений и проверка компен­ сационной способности стыков;

—для самотечных трубопроводов: нивелировка дна лотков и трубопроводов и проверка условий самотёчности;

—для эстакадных трубопроводов: инструментальные изме­ рения оседания и горизонтального перемещения опор и их наклонов, продольного и поперечного перемещения трубопро­ вода на опорах, а также фиксация и замер повреждений опор;

—для коммуникационных тоннелей: фиксация раскрытия трещин в конструкциях и нарушения гидроизоляции.

Периодичность наблюдений за напряжённо-деформиро­ ванным состоянием трубопроводов и инструментальных наблю­ дений за грунтовыми реперами составляет один раз в месяц для начальной станции и стадии затухания процесса сдвижения и два раза в месяц в период опасных деформаций.

Для наблюдения за изменением напряженно-деформиро­ ванного состояния подземного стального напорного трубопро­ вода устраивают специальные измерительные колодцы и шурфы, в которых размещают специальные приспособления и аппаратуру для замера деформаций трубы. Измерительные колодцы размещают в местах наибольших ожидаемых горизон­ тальных деформаций земной поверхности с интервалами 50 - 70 м, а также в точке ожидаемого максимального оседания. По измеренным результатам деформаций трубопровода вычисляют напряжения и, если они превышают допустимые, применяют необходимые меры защиты.

При подработке железных дорог необходимо руководство­ ваться следующими положениями. Подработка железных дорог, за исключением подъездных путей, производится по специаль­ ному проекту, утвержденному в установленном порядке. При этом необходимо: согласовать проект подработки с управлением

железной дороги; проводить безостановочную выемку угля под полотном железной дороги; проводить инструментальные наблюдения за сдвижением железнодорожного пути и земной поверхности на подрабатываемом участке с начала подработки до окончания процесса сдвижения.

Над подрабатывающими железную дорогу очистными выра­ ботками закладывают наблюдательные станции, включающие:

-профильные линии грунтовых реперов в главных сечениях мульды сдвижения для уточнения параметров процесса сдвиже­ ния земной поверхности и корректировки расчётных ( принятых

впроекте подработки) величин сдвижений и деформаций зем­ ной поверхности под полотном железной дороги;

-линию грунтовых реперов вдоль основания полотна железной дороги для получения величин сдвижений и деформа­ ций земной поверхности под полотном железной дороги;

-линию забивных реперов на верхней площадке земляного полотна между бровкой откоса полотна и балластной призмой для получения данных об оседаниях и горизонтальных сдвиже­ ниях полотна железной дороги и определения мест и объемов ремонтных работ;

Наблюдения включают нивелирование реперов и измерение расстояний между ними. При диагональном расположении полотна железной дороги относительно простирания угольного пласта дополнительно измеряют горизонтальные смещ ения реперов, перпендикулярные профильной линии. Одновременно с наблюдениями за сдвижением реперов проводят измерение зазоров в стыках рельсов и нивелирование головок рельсов.

Обработанные результаты наблюдений передаются в соответ­ ствующие службы пути не позднее чем через два дня после проведе­ ния каждого наблюдения. Интервалы времени между инструмен­ тальными наблюдениями в период опасных деформаций (активная стадия процесса сдвижения) устанавливаются в зависимости от отношения глубины разработки к вынимаемой мощности пласта и составляют 0,5—3,0 месяца. В последующий период до окончания процесса сдвижения интервалы времени увеличиваются в 2 раза.

Порядок согласования подработки железных дорог и меры их охраны регламентируются «Инструкцией о порядке согласо­ вания подработки железных дорог на угольных и сланцевых месторождениях России», утв. Госгортехнадзором России 18.02.1994г.

Направленный на согласование в Управление железной дороги Проект мер охраны участков железных дорог, намечен­ ных к подработке должен содержать:

а) пояснительную записку с обоснованием выбранных мер охраны, в которой приводятся:

—характеристика железнодорожного пути и предлагаемых мер охраны;

—горно-геологическая характеристика месторождения в районе охраняемого объекта;

—расчет зоны влияния горных работ с привязкой к пикета­ жу железной дороги;

—расчет величин сдвижений и деформаций земной поверх­ ности (оседание по пикетам железной дороги, наклоны и кри­ визна, горизонтальные сдвижения и деформации, уступы, мак­ симальные скорости оседания);

— описание проектируемой наблюдательной станции и про­ граммы наблюдений с указанием предприятия, производящего инструментальные наблюдения;

б) выкопировки из планов горных работ с нанесением про­ екта развития горных работ в зоне влияния на железную дорогу (1:5000 и крупнее), выходов тектонических нарушений под нано­ сы и охраняемые объекты;

в) акт обследования состояния объектов комиссией, состоя­ щей из представителей дистанции пути, других хозяйств, объек­ ты которых попадают в зону влияния шахтных разработок, с приложением продольного профиля пути с указанием уклонов и разности уклонов для интервалов 25 м до подработки.

При согласовании проекта мер охраны Управление желез­ ной дороги при необходимости дополняет его мероприятиями, осуществляемыми работниками дороги и включающими:

а) мероприятия по приведению верхнего строения пути и транспортных сооружений в состояние, удовлетворяющее тех­ ническим требованиям и нормам содержания при назначенных скоростях движения поездов на участке до подработки;

б) мероприятия по установлению усиленного надзора за подрабатываемым участком пути, сооружениями и устройствами; в) мероприятия по поддержанию пути, сооружений и устройств во время сдвижения земной поверхности в состоянии, обеспечивающем безопасное движение поездов (ограничение

скорости движения, подсыпка и др.); г) объемы и сроки выполнения работ по ремонту пути,

сооружений и устройств; д) определение пропускной способности участка в период

подработки; е) расчет затрат, вызываемых подработкой.

1.9. Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности при подземной разработке угольных месторождений

Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности про­ изводится с целью установления ожидаемой степени поврежде­ ния зданий, сооружений и других объектов, расположенных в зоне влияния подземных разработок. На основе расчетных дан­ ных устанавливается возможность подработки, разрабатываются защитные мероприятия и определяются ориентировочные зат­ раты на ремонтные работы. Расчет сдвижений и деформаций при разработке одного пласта осуществляется в тех случаях, когда глубина горных работ меньше безопасной, но больше предель­ ной, т.е. имеется возможность на основании предварительного расчета отказаться от оставления предохранительного целика, предусмотрев соответствующие меры, снижающие воздействие процесса сдвижения на подрабатываемые объекты. При совме­ стной разработке свит пластов, для которых безопасную глубину определить затруднительно, расчет деформаций производится во всех случаях.

В зависимости от полноты исходных данных и получаемых результатов существующие методики расчета можно условно

разделить на полные и сокращенные или, как их часто называют, упрощенные. Полными методиками расчета определяются ожи­ даемые значения деформаций во всех точках мульды сдвижения, упрощенными —вероятные значения максимальных деформа­ ций. Исходными данными при всех методиках расчета является мощность, глубина залегания и угол падения разрабатываемых пластов. Для расчета по полной методике необходимо распола­ гать рядом дополнительных сведений о горно-геологических условиях разработки пластов, в частности, о размерах и местопо­ ложении очистных выработок, очередности отработки лав и пла­ стов. Эти сведения содержатся обычно в календарных планах развития горных работ.

По степени обоснованности расчетных формул и способам их получения методы расчета подразделяются на теоретиче­ ские, эмпирические и полуэмпирические. Теоретические методы базируются преимущественно на уравнениях, исполь­ зуемых в механике сплошной среды. При этом массив горных пород принимается как упругая, пластичная, вязкая, сыпучая или другая идеализированная среда. Но поскольку принимае­ мые допущения не всегда правомерны, а попытки более строго описать состояние и поведение такой сложной среды, как мас­ сив горных пород, приводят к весьма громоздким формулам с большим количеством трудно определяемых характеристик, эти методы для инженерных расчетов применяются редко. В практике горного дела используются в основном эмпириче­ ские и полуэмпирические методы расчета. Эмпирические методы базируются на зависимостях, полученных непосред­ ственно из результатов инструментальных наблюдении в натурных условиях, полуэмпирические — на зависимостях, установленных на основании обобщений, теоретических сооб­ ражений и математических аналогий, числовые значения коэффициентов в которых определяются по данным натурных наблюдений.

В эмпирических методах наиболее часто используются упрощенные зависимости следующего вида:

наклонов, кривизны, горизонтальных сдвижений и относи­ тельных горизонтальных деформаций (сжатий, растяж ений); т и Н —мощность и глубина залегания разрабатываемого

пласта;

q,c;,cK,aQ,ct — эмпирические коэффициенты, устанавли­ ваемые путём инструментальных наблюдений в конкретных гор­ но-геологических условиях. Обычно значения коэффициентов q колеблются в пределах от 0,6 до 0,9 (чем прочнее породы, тем меньше значения q), а коэффициентов ск от 2 до 4 (чем больше глубина, тем больше значение ск). Значения коэффициентов ci’ао>сг определяют из выражений:

где а — угол падения слоев пород; р - радиан (57°); h —мощность наносов; Н —глубина горных работ.