книги / Сдвижение горных пород на рудных месторождениях

чем сланцеватость и слоистость, однако образование кливажа в про­ цессе метаморфизма связано с соответствующими изменениями ориен­ тировки минеральных частиц со сдвиговыми деформациями. Под воздействием горных разработок многочисленные поверхности осла­

частиц как в процессе метаморфизма, так и в процессе сдвижения весьма малы, суммарное относительное смещение удаленных друг от друга точек может быть значительным.

Как отмечалось в гл. I, основной формой сдвижения горных пород над выработкой и над неотработанной частью залежи явля­ ется их прогиб, что особенно характерно при их слоистом строении. Однако даже неслоистые, сыпучие породы, как это показывают опыты на моделях, сдвигаются внешне в форме прогиба. Поэтому деформации сдвига, объясняя физическую сторону процесса сдви­ жения трещиноватого анизотропного или квазиизотропного (при неупорядоченной трещиноватости) массива, не противоречат, а до­ полняют представления о механизме процесса сдвижения, проявля­ ющегося в большинстве случаев внешне как прогиб. На «фоне» прогиба проявляются сдвиговые деформации.

При неупорядоченной, хаотической трещиноватости прямая связь ее с углами разрывов не прослеживается, а влияние трещино­ ватости, по-видимому, следует учитывать путем уменьшения рас­ четной крепости массива по сравнению с коэффициентом крепости слагающих его пород по М. М. Протодьяконову.

Учет трещиноватости особенно необходим при выборе парамет­ ров сдвижения на неизученных месторождениях, сложенных мас­ сивными магматическими или метаморфическими породами. Для сло­ истых, мало метаморфизованных пород влияние трешиповатости на углы разрывов сказывается в меньшей степени, что, по-видимому, связано с закономерной (нормальной по отношению к слоистости) ориентировкой трещин отдельности. Благодаря этому влияние тре­ щиноватости отражается косвенно на углах разрывов и углах сдви­ жения через угол падения рудного тела.

Определение углов разрывов при одной пли песколышх системах трещин

В случае, когда из-за недостаточного развития горных работ на земной поверхности временно нет видимых признаков сдвижения, непосредственное определение углов разрывов невозмояшо. Установ­ ление величин углов разрывов по аналогии с другими месторожде­ ниями может привести к значительным ошибкам. Поэтому при от­ сутствии на земной поверхности трещин углы разрывов следует определять по результатам изучения трещиноватости горного массива.

На величину углов разрывов непосредственно влияют активные системы трещин, удовлетворяющие следующим условиям:

1) направление падения к выработанному пространству, т. е. в ту же сторону, что и падение плоскости, проведенной под соответ­ ствующим углом разрывов;

2)угол падения системы больше угла трения по плоскостям ос­ лабления для дайной разновидности горной породы (см. табл. 27);

3)азимут линии падения отличается от направления плоскости

разреза вкрест простирания рудного тела (для углов |3", |3", у") пли по простиранию (для углов б") не более чем на 30°.

При определении углов разрывов могут встретиться два случая:

1.В горных породах развита одна система трещин. Задача опре­ деления величины угла разрывов сводится к установлению возмож­ ности приравнять ее угол падения углу разрывов, т. е. к определе­ нию ее «активности».

2.Имеется несколько систем трещин, из которых каждая может оказать определяющее влияние на величину угла разрывов. Для выбора соответствующей системы трещин необходимо проведение специальных расчетов.

Если в висячем боку рудного тела, в лежачем боку или по про­ стиранию имеется по одной активной системе трещин, то они явля­ ются одновременно и соответствующими, а углы (3", (3" (у) и б"

н чем меньше отличаются друг от друга азимуты линий разреза и падения системы трещин. Угол наклона б0/ линии пересечения пло­ скости трещины с вертикальной плоскостью разреза, проведенной через профильную линию (приведенный угол падения), определя­

Для выбора из нескольких систем трещин соответствующей ре­ комендуется производить расчет по формулам (35), (36), получен­ ным из условий предельного равновесия по поверхностям ослабления призм массива ГЕД в висячем боку и АБВ в лежачем боку (рис. 74). Необходимо отметить, что сдвиг указанных призм в действитель­ ности происходит не по плоскости, а по некоторой вогнутой поверх­ ности, конечные точки которой на разрезе в висячем боку совпа­ дают с точками ГД, а в лежачем — с точками АВ. Более того, сдвиг происходит в пределах зоны, средней линией которой явля­ ется упомянутая поверхность. То обстоятельство, что сдвиг про­ исходит в пределах трехразмерной в пространстве зоны, а не по поверхности, приводит к существенному уточнению механизма сдви­ жения, а именно: наряду со сдвиговыми деформациями в этой зоне возможны повороты структурных блоков [40]. Последнее учиты­ вается при расчетах как устойчивости бортов карьеров, так и_в фор-

Если в результате расчета неравенство (35) или (36) удовлетво­ ряется, то сдвижение может произойти по поверхности ôtили лю­ бой другой поверхности, имеющей угол наклона более Ô,-.

Определение исходных величин а, Н0, Ô, и у 2 не вызывает затруднений. Значения рт и К приведены в табл. 27, а К Ь1определя­ ется по формуле (12).

Величину угла внутреннего трения обрушенных пород ср во всех случаях можно принимать равной 30—35°.

Определение углов разрывов по результатам замеров трещино­ ватости производится в следующей последовательности:

1.Устанавливаются расчетные величины параметров, входящих

вформулы (35) и (36).

Глубины разработки Н0 принимаются те же, что и у границ предохранительных целиков, или равные глубинам горизонтов, от которых производится расчет влияния горных работ на земную поверхность. Рассчитанный угол разрыва соответствует, таким образом, определенной глубине разработки.

2. По данным замеров трещиноватости, обработанным' в соот­ ветствии с Инструкцией, на разрезах вкрест простирания и по про­ стиранию рудного тела строят решетки трещиноватости в виде полу­ окружностей. На этих решетках изображаются углы падения системы трещин в плоскости данного разреза.

Трещины, азимуты падения которых отличаются от паправлепия плоскости разреза не более чем на 10—20° (продольные), обозначают сплошными линиями, от 21 до 40° (диагональные) — пунктирными, более 40° — на решетку не наносятся.

3.По формулам (35) и (36) производятся расчеты с целью оп­ ределения «активности» каждой системы трещин.

Для пород висячего бока используется формула (35), лежачего — (36), по простиранию — (35).

4.Выбор систем трещин, углам падения которых приравнива­ ются значения углов разрывов, производится с учетом следующих соображений.

Угол разрывов может быть равен углу падения любой из актив­ ных систем трещин. Однако в качестве угла разрывов принимается угол падения такой активной системы трещин, которая имеет мини­ мальный угол падения. В тех случаях, когда на диаграмме имеется продольная система трещин с углом падения положе, чем у мини­ мальной активной на 1—3°, угол разрывов принимается равным углу падения этой продольной системы трещин.

Если на решетке имеется несколько систем с углами падения не­ сколько круче вычисленного, то в качестве соответствующей си­ стемы принимаются не диагональная с минимальным углом падения, а продольная. В тех случаях, когда продольная система круче диа-

(см. рис. 75), поэтому расчет по формуле (35) можно не делать. Для глубины 116 м активными могут быть системы трещин с углами падения ôt- ^ 60°, а для глубины 165 м ôt- ^ 44°.

На глубине 116 м углу разрывов может соответствовать только одна система трещин с углом падения 71°. Других систем с углами падения круче 71° нет, вследствие чего угол разрывов при глубине

других месторождений, выполненные по формулам (35) и (36) по данным об элементах залегания систем трещин. Из данных таблицы следует, что рассчитанные углы разрывов отличаются от фактиче­ ских не более чем на ± (2 —5°), т. е. точность их определения при­ мерно та же, что и углов, полученных в результате инструменталь­ ных наблюдений.

§ 28. Определение углов сдвижения по известным углам разрывов

Определение углов сдвижения для неизученных месторождений по табл. 17 и 18 основано на установленных зависимостях влияния на процесс сдвижения таких горногеологических факторов, как строение и крепость вмещающих пород, угол падения слоев пород и рудных тел. При пользовании этими таблицами не представ­ ляется возможным в должной мере учесть влияние на углы сдвиже­ ния других горногеологических факторов: трещиноватости вмеща­ ющих пород, глубины разработки, мощности рудного тела п т. д. Влияние перечисленных факторов выражается в значительном (до 15°) разбросе величии углов сдвижения, полученных на месторожде­ ниях, являющихся аналогами согласно классификации рудных ме­ сторождений и относящихся соответственно к одной подгруппе. Для придания углам сдвижения, а следовательно, и мерам охраны сооружений необходимого запаса надежности в этих таблицах при­ няты значения углов, близкие к минимальным, из числа полученных на различных месторождениях для каждой подгруппы.

Содержащийся в рекомендуемых для неизученных месторожде­ ний углах сдвижения запас надежности в отдельных случаях может быть уменьшен путем применения более крутых углов, рассчитан­ ных по известным углам разрывов. В некоторых случаях такой рас­ чет может указывать на необходимость использования более пологих углов.

Величины углов разрывов и сдвижения зависят в основном от одних и тех же горногеологических факторов. Вследствие этого

месторождения, для которых определены углы разрывов, не могут считаться неизученными. В этих условиях следует определять углы сдвижения по углам разрывов наряду с использованием метода ана­ логии или рекомендаций для неизученных месторождений.

Между углами разрывов и углами сдвижения в условиях полной подработки при слоистых вмещающих породах средней и большой крепости и системах с обрушением руды и вмещающих пород установ­ лены следующие зависимости [10]:

Р = -§-Р" + 8°, р1 = -|-р; + 5° при / < 1 0 ,

На ряде месторождений Криворожского бассейна (см. табл. 3), а также на месторождениях, сложенных крепкими неслоистыми по­ родами, разницы между углами разрывов и углами сдвижения, как правило, нет, но на месторождениях с неизученным характером сдвижения пород для запаса последние принимают на 5° ‘положе [49].

Для получения достоверных результатов необходимо, чтобы исходные углы разрывов были определены примерно при той же глубине разработки, при которой предполагается использовать рас­ считанные углы сдвижения. Если с увеличением глубины разра­ ботки мощных залежей ожидается уменьшение углов разрывов (см. § 30), то углы сдвижения следует рассчитывать с использованием ожидаемых для этой глубины углов разрывов.

Ниже приведены примеры расчета углов сдвижения по извест­ ным углам разрывов и результаты сравнения рассчитанных различ­ ными способами углов сдвижения с их фактическими значениями. Результаты сравнения подтверждают, что для условий, в которых известны углы разрывов, углы сдвижения предпочтительнее опре­ делять по формулам (38), чем по таблицам для неизученных место­ рождений.

1. На Березовском полиметаллическом руднике разрабатывается залежь мощностью 6—25 м с углом падения 85°. В висячем боку залегают филлитовые, хлорито-серицитовые и углисто-глинистые

кой, целики с обрушением. Подработка земной поверхности полная.

2. Рудная залежь Золотушинского месторождения мощностью около 20 м залегает под углом падения в среднем 35°. Породы ви­ сячего бока — эффузивные кварцевые порфиры (/ > 10), местами расчлененные прослоями глинистых сланцев, что позволяет считать их слоистыми породами. В лежачем боку залегают хлористо-сери- цитовые ( / < 5) сланцы или кремнисто-глинистые сланцы. Минималь­ ные значения углов разрывов на Золотушинском руднике: (5" = 65°,

3. На шахте «Центральная» рудника Ингулец в Криворожском бассейне разрабатывается крутопадающее (а = 70°) мощное рудное тело системами с обрушением руды и вмещающих пород. Породы

4. На моделях из эквивалентных материалов во ВНИМИ полу­ чены многочисленные данные о величинах углов разрывов и углов сдвижения при-подработке слоистой толщи пород с коэффициентами крепости / от 4 до 12. При широком диапазоне сравниваемых величин (предел изменения угла |3" от 49 до 85°, угла Р — от 44 до 69°) ни один из вычисленных углов сдвижения р не отличается от получен­ ного на модели более чем на 7° при среднем отклонении 3°.

Зависимости между углами сдвижения и углами разрывов (38), установленные по результатам наблюдений на рудных месторожде­ ниях, справедливы и для условий угольных месторождений.

§29. Углы разрывов при наличии геологических нарушений

Геологические нарушения делятся на складчатые (пликативпые)

иразрывные (дизъюнктивные).

Складчатые нарушения сопровождаются изменением элементов залегания слоев пород и рудпых тел, а также образованием микро­ структур и развитием мелкой трещиноватости. Поэтому влияпие на процесс сдвижения складчатых парушений проявляется таким же образом, как и трещиноватость, и угол падения вмещающих пород и рудного тела.

Разрывные нарушения образуют в массиве горных пород зоны ослабления и поверхности, по которым механическая прочность