книги / Методология проектирования строительства подземных сооружений

техногенного подземного пространства и, собственно, Кадастра техногенного подземного пространства, в ко­ тором заинтересованные потенциальные потребители могли бы оценить качество предлагаемого им товара подземного пространства; полное отсутствие марке­ тинговой деятельности на рынке ресурсов); законодательные (отсутствует механизм определения границ горного отвода под повторное использование выработанного пространства, нет в данном случае и установленной платы за аренду и пользование недра­ ми и др.); научные (отсутствие долгосрочной государственной

научно-технической программы комплексного исполь­ зования подземного пространства и подземного строи­ тельства);

•методологические, проектные и технологические.

Однако в настоящее время, при существующей техноло­ гии добычи полезных ископаемых, только в угольной про­ мышленности ежегодно выбывает из оборота более 2,2 тыс.км горных выработок, из них более 2 тыс. км выработок, закрепленных анкерными, металлическими, железобетон­ ными и бетонными крепями.

Анализируя опыт повторного использования подземных сооружений, их новое функциональное назначение можно классифицировать по пяти основным направлениям: энерге­ тика, промышленность, экология, социальная сфера и аграр­ ный сектор (рис. 2.3). При этом надо отметить, что повтор­ ное использование подземных сооружений в любом новом функциональном качестве благоприятно сказывается на эко­ логической обстановке (освобождение и рекультивация зе­ мель, отсутствие вредного влияния на окружающую природ­ ную среду и др.).

На рис. 2.4 представлены подземные выработки предпри­ ятий, используемые как видоизменяемый георесурс. Клас­ сификация производилась по типу выработок (вертикальные стволы, штольни, камеры околоствольных дворов, капиталь­ ные, подготовительные и очистные выработки) и по их воз­ можному новому функциональному назначению при повтор-

Рис. 2.3. Классификация подземных сооружений для нового функционального назначения

Рис 2.4. Классификация горных выработок по типу и новому функциональному назначению

ном использовании. Приводимые на рис. 2.3 и 2.4 классифи­ кации являются общими как по типу выработок, так и по их повторному использованию. Естественно, в данном случае возможны различные и частные классификации [18, 39, 79, 81, 103 и др.].

Так, например, методика инвентаризации подземного пространства шахт предусматривает группирование его объ­ емов по удаленности от главных стволов, по глубине распо­ ложения, по обводненности, по характеру вмещающих пород, по типу крепи, по подготовленности пространства к размещению в нем тех или иных объектов или отходов [91].

§2.3. Классификация сложных горно-геологических условий строительства подземных сооружений

Вгорнотехнической литературе термин "сложные усло­ вия" используется довольно широко. Однако однозначности

вего понимании нет. Одни авторы, говоря о сложных усло­ виях, имеют в виду большую обводненность, другие - нали­ чие слабых, неустойчивых пород, третьи - опасность прояв­ лений всевозможных явлений (горные динамических удары, внезапные выбросы угля, породы и газа и т.п.). Из анализа литературы по данному вопросу видно, что этот термин употребляется авторами как применительно к процессу проведения горных выработок, так и к процессу их крепле­ ния и поддержания.

Впервом случае под сложными условиями понимаются такие условия, при которых затрудняется или полностью ис­ ключается возможность проведения выработок обычными способами без применения каких-либо дополнительных ме­ роприятий. Так, проходка вертикальных стволов шахт в плывунах невозможна без предварительного их упрочнения, например, с помощью искусственного замораживания, а строительство тоннелей в скальных трещиноватых обвод­ ненных породах сдерживается необходимостью проводить мероприятия по водоподавлению. Аналогичная картина воз­

никает и при проведении выработок в удароопасных и вы­ бросоопасных породах.

Во втором случае, под сложными условиями авторы по­ нимают такие условия, в которых применение традицион­ ных конструкций крепей не обеспечивает (частично или полностью) нормального эксплуатационного состояния гор­ ных выработок из-за интенсивных проявлений горного дав­ ления. Например, при проведении горизонтальных горных выработок в пучащих породах, когда применение замкнутых крепей либо не дает технического эффекта, либо экономи­ чески нецелесообразно, применяют специальные способы, получившие название “способы охраны горных выработок” [63].

В практике шахтного и подземного строительства встре­ чается также еще один тип сложных условий, связанный с температурным фактором. Так, при строительстве подзем­ ных сооружений в условиях отрицательных температур (многолетнемерзлые породы, искусственно замороженные породы) или при высоких плюсовых температурах, без про­ ведения специальных технических мероприятий не обеспе­ чиваются надлежащие санитарно-гигиенические условия труда, безопасность ведения работ и надежность работы горнопроходческого оборудования.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о том, что все "сложности", возникающие при строительстве под­ земных сооружений имеют природное происхождение. Об­ щим для всех случаев строительства в сложных горно­ геологических условиях является необходимость привлече­ ния различных методов подготовки и способов воздействия на массив горных пород, ограничивающих или полностью устраняющих возникающие трудности.

Сам термин "сложные условия" следует употреблять в увязке к конкретным технологическим процессам. Первая попытка полной классификации сложных горно­ геологических условий строительства подземных сооруже­ ний сделана в работе Б.А. Картозия и др. [51], где сложные горно-геологические условия подразделяются на: сложные гидрогеологические, горнотехнические и геомеханические. Разработанная классификация строительства и поддержания

подземных сооружений носит качественный характер, по­ этому для ее практического использования требуется распо­ лагать количественными показателями (критериями), позво­ ляющими отнести реальные условия строительства подзем­ ных сооружений к той или иной группе сложных условий. Кроме того, два типа сложных условий (гидрогеологические и горнотехнические) в большей степени относятся к процес­ су проходки горных выработок, а третий тип (геомеханические) - к процессу их крепления и поддержания.

В этом прослеживается определенная условность данной классификации, т. к. при любом типе условий могут возник­ нуть сложности, связанные с креплением подземных соору­ жений, например создание водонепроницаемости конструк­ ций крепей в сложных гидрогеологических условиях и т.п.

Породный массив как сложная природная среда предос­ тавляет многокомпонентную систему и может рассматри­ ваться как система взаимосвязей фазовых состояний, при­ чем эти взаимосвязи отражают многообразие причинноследственных факторов природных, техногенных и антропо­ генных воздействий.

Схема взаимосвязей фазовых составляющих породного массива показана на рис. 2.5.

Основой построения таких взаимосвязей являются выяв­ ленные возмущения в природной среде, которые являются реакциями массива на технологические воздействия при строительстве подземного сооружения в реальном масштабе времени. В процессе проектирования учет этих взаимодей­ ствий реализуется путем включения в проектируемые техно­ логии специальных мероприятий, направленных на сниже­ ние этого воздействия и обеспечивающих безопасность строительства.

Поскольку каждый конкретный участок массива горных пород, включенный в природно-техногенную' систему, ха­ рактеризуется определенными физико-механическшэд свой­ ствами и различными видами состояний, необходимо приме­ нение методов и способов, позволяющих путем соответст­ вующих воздействий придавать ему требуемые свойства и состояния, т.е. производить подготовку массива горных по­ род для получения заданного качества (типа условий).

VГидро­ геологически*

ГидрогеоГеогазо-

Слоимые условия строительства подземных сооружений

Рис. 2.5. Схема взаимосвязей фазовых составляющих породного массива

Таким образом, под методами подготовки массива подра­ зумевается совокупность способов направленного воздейст­ вия на массив горных пород, позволяющих изменить его физико-механические свойства или состояние до начала горно-строительных работ.

Под способами воздействия на массив понимается ком­ плекс технических мероприятий, обеспечивающих достиже­ ние заданных по условиям строительства свойств или со­ стояния массива горных пород.

Классификация сложных горно-геологических условий представлена на рис. 2.6. Приведенная классификация удов­ летворяет требованиям полноты и чистоты. Выбор призна-

ков (оснований деления), по которым выполнена классифи­ кация сложных горно-геологических условиях, не произво­ лен. В качестве оснований деления используются не случай­ ные, а существенные признаки, не производные, а опреде­ ляющие, от которых зависят другие признаки (тип сложных условий, характеристика породного массива, характер про­ явления сложности).

В этом смысле классификация сложных горно­ геологических условий, отражая объективные закономерно­ сти природы, является естественной.

По характеру проявления сложности и характеристике породного массива определяется тип сложных условий. Оп­ ределение типа сложных условий позволяет отобрать конку­ рентоспособные способы воздействия на массив и техноло­ гии строительства подземных сооружений, обеспечивающие экономические и технические преимущества, а также безо­ пасность и комфортность условий труда.

§ 2.4. Классификация и критерии оценки сложных гидрогеологических условий строительства подземных сооружений

Под сложными гидрогеологическими условиями следует понимать такие условия, при которых обводненность пород­ ных массивов исключает возможность строительства под­ земных сооружений обычными способами.

На рис. 27 представлена классификация методов подготов­ ки, способов воздействия на массив горных пород, органи­ зационно-технические решения при строительстве подзем­ ных сооружений в сложных гидрогеологических условиях.

Строительство подземных объектов в сложных гидрогео­ логических условиях вызывает прорывы напорных вод и плывунов в забой выработки.

В этих случаях для борьбы с водой и давлениями, вызы­ ваемыми ее присутствием в породах, применяются способы воздействия на массив (специальные способы). К основным случаям применения специальных способов относится строительство подземных сооружений: