книги / Сдвижение горных пород на рудных месторождениях

отрабатываются непосредственно под выветрелыми породами или наносами, на поверхности образуются воронки обрушения (рис. 34, в). При отсутствии выветрелых пород и наносов и при не­ значительной толщине потолочины (менее 20 ль) на поверхности образуется провал, сохраняющий в плане форму обрушаемогоблока (рис. 34, г).

Алапаевские месторождения (группа V, подгруппа У-Б) пред­ ставлены бурыми железняками, которые залегают в слабых, боль­ шей частью глинистых породах (/ = 2 -г- 4). Форма залежей — линзообразная и грубопластовая. Мощность колеблется от 2 до 30 ль, угол падения — от 0 до 90°. Месторождения отрабатываются системой подэтажного обрушения с высотой подэтажа в 5 ль. Глубина горных работ не превышает 50—60 ль.

В зависимости от глубины и мощности отрабатываемых залежей на поверхности образуется либо одна зона плавных сдвижений, либо зона плавных сдвижений и зона трещин, либо одновременно все существующие формы сдвижения. Так, на этих месторождениях при выработанном пространстве, имеющем мощность т менее одной шестой глубины горных работ, т. е. Iljm > 6 , на поверхности об­ разуется только зона плавных сдвижений. Последнее обычно соот­ ветствует условиям отработки залежей мощностью до 5 ль или отработке первого подэтажа более мощных рудных тел.

При выемке второго подэтажа соотношение между II и т на­ ходится в пределах 4 Hjm ^ 6 . Сдвижение поверхности про­ является в этом случае в виде плавного прогиба, но с разрывом сплошности на краях мульды сдвижения. При дальнейшей отработке месторождения на глубину, т. е. при выемке третьего подэтажа, на поверхности образуются отдельные воронки и провалы, вокруг которых последовательно располагаются зоны террас, трещин и плавных сдвижений. Ширина воронок и провалов на поверхности не превышает при этом размеров отработанной и обрушенной частп залежи. Оседание поверхности и образование на ней террас и трещин происходит, как правило, постепенно вслед за отработкой залежи, причем начальная стадия сдвижения и стадия затухания примерно равны между собой. Общая продолжительность периода опасных деформаций колеблется в пределах от одного до двух лет в зоне обрушения, до одного года в зоне трещин и от трех до четырех меся­ цев в зоне плавных сдвткеннй.

Наиболее характерные минимальные углы сдвижения для Ала­

до 0°. Вмещающими породами со стороны висячего бока являются доломиты и доломитизированные известняки (/ = 6 -ь- 8), карбо­ натно-глинистые сланцы (/ == 4 -т- 6) и кварциты (/ = 10 -ь 12). Поскольку все эти породы залегают совместно и, чередуясь между собой, образуют слоистый массив, общая их устойчивость приравнена

к глинистым сланцам с коэффициентом крепости / = 4 -г 6. Мощ­ ность наносов достигает 30 ле. Основными системами разработки являются система подэтажных штреков и система подэтажного обрушения. Глубина горных работ не превышает 100—150 м.

Сдвижение земной поверхности проявляется в виде воронок обрушения, террас, трещин и зоны плавных сдвижений. Период от момента отработки блока до обрушения земной поверхности составляет от трех—девяти месяцев до полутора-двух лет, а про­ должительность процесса сдвижения, начиная с момента обрушения блока, не превышает трех-четырех месяцев в зоне плавных сдви­ жений, одного-полутора лет в зоне трещин. Наиболее характерные углы сдвижения и разрывов, полученные по результатам наблюдений, приведены в табл. 6.

В условиях уральских железорудных месторождений большой интерес представляют углы обрушения, которые в отличие от углов сдвижения строятся не к точке с критическими деформациями, а к границе зоны террас. Исходя из условий безопасности передви­ жения автотранспорта и людей, за границу зоны террас принята трещина, имеющая разрыв 25 см. Указанный критерий при постро­ ении углов обрушения был принят еще и потому, что на Высоко­ горском, Лебяжинском и Гороблагодатском месторождениях за трещинами такого размера ширина их резко увеличивается в сторону обрушения.

На большинстве месторождений на поверхности ограждается не зона трещин, а зона обрушений, построение которой осущест­ вляется под углами обрушения (табл. 7). Значения углов обрушения,

Т а б л и ц а 7

приведенные в табл. 7, рекомендуются до глубины отработки место­ рождений 300—350 м.

Практика разработки рудных месторождений показывает, что размеры выработанного пространства по простиранию и глубина разработок являются основными факторами, определяющими ха­ рактер процесса сдвижения и его параметры. В связи с этим при выполнении исследований на уральских железорудных месторожде­ ниях были предприняты попытки учесть влияние этих факторов на величину углов сдвижения. Одна из таких попыток была пред­ принята для Высокогорского рудника. В результате установлена эмпирическая зависимость (7), приведенная выше. Необходимо за­ метить, что при выводе этой зависимости имелись данные для соот­ ношений H/L >*1,5 только по залежам, длина которых по прости­ ранию не превышает 100 В таких условиях мала вероятность подсечения сместителей горными работами и .их влияния на пара­ метры и характер процесса сдвижения горных пород можно не учи­ тывать. Пользоваться этой зависимостью для больших размеров выработанного пространства нужно осторожно, с учетом структурных особенностей месторождения, ввиду возможного выполаживания углов сдвижения.

Проводилась также детальная проверка возможности исполь­ зования методики расчета углов сдвижения в зависимости от раз­ меров выработанного пространства и глубины разработки, пред­ ложенной А. Г. Акимовым [4, 6]. Подробный анализ этой методики, выполненный в работе [16], показал, что методика А. Г. Акимова является одной из первых интересных попыток предрасчета углов сдвижения. Но она требует существенной доработки в части унифи­ кации способов построения зон влияния и определения степени подработанности. учета рельефа земной поверхности и др. Поэтому в настоящем виде методика не может быть широко использована для определения углов сдвижения на железорудных и меднорудных месторождениях Урала, особенно в условиях, когда углы сдвижения равны углам разрывов.

Ниже приведены некоторые практические рекомендации по учету размеров рудных тел и других факторов.

1. На месторождениях группы I, подгруппы I-В трещиноватость пород создает условия, при которых обрушение пород кровли начи­ нается непосредственно после образования выработанного простран­ ства. Обрушение пород проявляется на земной поверхности через один-два года после окончания работ в камерах и при достижении отработанной площади камер S > 1500 м2.

На Покровском месторождении, где интенсивность трещино­ ватости меньше в 2—3 раза чем па Воронцовском, сдвижение пород и земной поверхности начинается только после массового разру­ шения междукамерных целиков.

2. На Гороблагодатском месторождении с развитием горных работ на глубину при размерах рудной залежи по простиранию 150—250 м наблюдается увеличение углов сдвижения. До глубины

рудного пояса Лебяжинского месторождения глубина разработки оказывает существенное влияние на характер сдвижения поверх­ ности. При глубине разработки до 200 жпроцесс сдвижения поверх­ ности происходит с образованием зон обрушения, террас и трещин. Углы сдвижения в этом случае равны углам разрывов и имеют

При отработке залежей на глубине более 200 м процесс сдви­ жения земной поверхности приобретает более плавный характер, зона плавных сдвижений больше зоны трещин п углы разрывов в висячем боку становятся круче, наименьшее значение р" = 65° (для рудных тел, выходящих под наносы) и Р" = 70° (для слепых залежей).

4. На месторождениях III группы, подгруппы Ш -Б п Ш -В , обрушение и сдвижение поверхности развиваются с момента раз­ рушения междукамерных целиков и потолочин. Наименьшие зна­ чения углов сдвижения Р = 70° при отсутствии сместителей полу­ чаются в средней части месторождения и когда глубина горных работ равна или меньше длины отработанной части залежи по про­ стиранию.

С увеличением глубины горных работ и уменьшением длины залежи по простиранию углы сдвижения со стороны висячего бока становятся круче. Максимальное значение Р = 90° получается, когда отношение HjL = 3. Углы сдвижения в лежачем боку равны углам разрывов и углу падения лежачего бока отработанных камер:,

сдвижения горных пород, оказывают существенное влияние на про­ цесс сдвижения. При углах падения сместителей более 30° сдви­ жение пород происходит по плоскостям этих сместителей, но не­ круче, чем под углами, приведенными в табл. 6.

6. Принципиально новым является предложение об использо­ вании в ряде случаев углов обрушения, которые бывают обычно круче углов сдвижения на 10— 15°. Углы обрушения могут быть использованы при построении барьерных целиков при охране дорог* линий электропередач и т. д.

Глава V

РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ ИА ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ АЛТАЯ

Многие месторождения, описываемые ниже, можно объединить в группы по генезису, строению и прочпостпым свойствам пород. Например, одну группу составляют месторождения, расположенные в Прииртышской зоне смятия пород (Белоусовское, Березовское и др.). Во второй зоне, проходящей восточнее, располагаются руд­ ные поля Лениногорского и Зыряновского месторождений. Крупную группу месторождений-аналогов представляют Салаирские место­ рождения. Золотушинское месторождение помещено в настоящую главу по территориальному признаку.

§ 121 Белоусовское и Березовское месторождения

Изучение сдвижения горных пород на этих месторождениях начато в 1950—1952 гг. институтом НИГРИС (П. К. Кекух).

С1960 г. исследования выполняются ВНИМИ (И. И. Коровкин,

А. Г. Акимов, С. П. Колбепков, М. А. Кузнецов) при активном уча­ стии работников Иртышского комбината и рудников (H. М. Дмит­ риев, П. Ф. Трубачев, М. А. Перегудов и др.).

Белоусовское месторождение

Рудные залежи месторождения расположены в крыльях опро­ кинутой антиклинальной складки, ядро которой сложено порфи­ роидами и туффоидами кварцевого альбитофира. На контакте с этими породами образовалась рудоносная зона, представленная хлорито­ кварцевыми, серицито-кварцевыми и углисто-глинистыми сланцами. По периферии зоны расположена толща известково-хлоритовых сланцев. Значения коэффициентов крепости пород приведены в табл. 8.

Рудные залежи лентообразной формы залегают согласно с вме­ щающими породами. Их протяженность 1200—7000 м по простира­

залежей производится преимущественно системами с полной закладкой выработанного пространства. Указанные особенности •определили характер сдвижения горных пород на месторождении: на многих участках сдвижепие пород не достигает земной поверх­ ности.

Наибольшие величины сдвижений и деформаций земной поверх­ ности установлены над рудной залежыо № 1 (рис. 35). Средний угол падения залежи 70°, средняя вынимаемая мощность 5—6 л^, наименьшая глубина разработок под профильными линиями № 3, 4 и 5 равна соответственно 60, 100 и 130 м, а наибольшая 210, 240 и

целиков. Площадь участков, заложенных закладкой, составляет 60—70% общей площади очистных работ.

Показатели процесса сдвижения на профильных линиях по­ лучены следующие:

Рис. 36. Проекция залежи № 5 Белоусовского рудника па верти­ кальную плоскость

Процесс сдвижения по профильной линии № 4 прослежен пол­ ностью, так как начало его зафиксировано наблюдениями в 1952 г. О величине максимальных сдвижений по профильной линии № 3 можно судить по оседанию триангуляционного пункта, распо­ ложенного в районе максимальных оседаний. Пункт в результате подработки претерпел оседание порядка 1,0—1,1 м. Процесс движения земной поверхности в районе профильных линий происходил мед­ ленно и плавно, без образования трещин. Максимальные сдвижения земной поверхности достигли 13—15% вынимаемой мощности за­ лежи.

Второй комплекс наблюдательных станций заложен над рудной залежью № 5 в районе двух- и трехэтажных зданий поселка Белоусов­ ского, отработанной в 1961—1966 гг. на четырех горизонтах. На

пологопадающих участках залежи оставлены междублоковые и ре­ гулярные целики, крутопадающие участки отработаны с заклад­ кой. Околоштрековые целики на II и III горизонтах и часть междублоковых целиков остались неотработанными. Общая протяженность выработанного пространства по простиранию достигла примерно 500 м, а по падению изменяется от 150 до 50 м (рис. 36). Верхняя граница очистных работ расположена на глубине 60— 100 м от зем­ ной поверхности. Мощность залежи 3—15 м, угол падения 30—50°.

Инструментальными наблюдениями в течение 1960— 1966 гг. сдвижений земной поверхности в районе поселка не отмечено. Пред­ полагается, что процесс сдвижения в этом районе может начаться после отработки околоштрековых целиков на II и III горизонтах. При отработке целиков системами с закладкой сдвижение земной поверхности будет происходить медленно и плавно, не вызывая разрушительных деформаций в подработанных зданиях.

Исследованиями установлено, что в условиях Белоусовского месторождения процесс сдвижения горных пород не вызывает опас­ ного деформирования земной поверхности, если наименьшая глу­

Березовское месторождение

На месторождении разрабатывается лентообразная залежь дли­ ной по простиранию около 1200 м и по падению 200—280 м. В се­ веро-западном направлении залежь погружается и превращается в слепую. Мощность в средней части залежи достигает 20— 30 м, к верхнему и нижнему контурам она уменьшается до выклинивания. Угол падения составляет 65—90°. Вмещающие породы по составу и крепости аналогичны породам Белоусовского месторождения. Залежь разрабатывается комбинированной системой: камеры от­ рабатываются с последующей закладкой, а междублоковые и между­ этажные целики — системами с обрушением. Заполнение выработан­ ного пространства закладочным материалом составляет 50—65% .

Работы по изучению сдвижения горных пород на месторождении начаты ВНИМИ в 1960 г. с реконструкции наблюдательной станции, заложенной НИГРИС в 1950 г., и закладки новых профильных линий. Первые признаки сдвижения земной поверхности в районе наблюдательной станции отмечены в 1953 г. В апреле 1954 г. у од­ ного из шурфов образовалась воронка обрушения, которая с тече­ нием времени расширилась и превратилась в провал. Вокруг про­ вала возникла зона трещин и далее зона плавных сдвижений. Ка­ мерные запасы руды в районе провала отработаны в 1951— 1960 гг. В период наблюдений (1960— 1966 гг.) производилась выемка междублоковых и околоштрековых целиков. На поверхности в это время происходило медленное расширение провала, зоны трещин и плав­ ных сдвижений (рис. 37). Максимальные сдвижения (величина век­ тора сдвижения) в зоне трещин со стороны висячего бока получи­

лись равными 2,5— 2,8 м, что составляет примерно 14% от средней мощности залежи. Максимальные деформации растяжения в зоне плавных сдвижений достигли 13 •10“ 3.

Углы сдвижения и разрыва по профильным линиям, располо­ женным в районе провала, получились следующие:

Рис. 37. Сдвижепня по профильной линии III Березовского рудника:

а — оседания; б — горизонтальные деформации; в — вертикальный разрез

Глубина разработок под профильными линиями составляет 230—240 м, мощность залежи колеблется от 4 до 30 м, угол падения 7 0 -9 0 °.

Несмотря на большой объем выполненных на месторождениях исследовательских работ, исчерпывающих данных по углам сдвиже­ ния получить не удалось. Поэтому при составлении Указаний по охране сооружений для рассматриваемых месторождений были