книги / Сдвижение горных пород на рудных месторождениях

проводят линии, параллельные и перпендикулярные направлению простирания. Вокруг полученного контура откладывают берму шириной 10 м и от ее границы на разрезах вкрест простирания и по простиранию проводят линии под углом ф = 50° до нижней границы выветрелых пород. Ниже в невыветрелых породах необ-

Рпс. 81. Пример построе­ ния предохранитель­ ного целика под здание на Березовском место­ рождении:

а — разрез вкрест прости­ рания; б — разрез по про­ стиранию

Рис. 82. Пример по­ строения предохрани­ тельного целика для ствола шахты и здания подъемной машины на Кочкарском месторожде­

нии:

а — разрез вкрест простира­ ния; б — разрез по простира­ нию; 1 — граница охраня­ емой зоны; г — контур пре­ дохранительной бермы; з — граница околоствольного це­

лика

Аналогичные построения производятся при определении границ предохранительных целиков на Кочкарском месторождении. На

В случае расположения ствола шахты по жиле или в непосред­ ственной близости от нее в контур целика, кроме части жилы в зоне выветривания и безопасной потолочины в 4т, будет входить околоствольный целик, основное назначение которого заключается в пред­ отвращении вывалов породы в ствол шахты, нарушения вентиляции и т. п. Размеры этого целика по результатам исследований прини­ маются равными 5т (т — выемочная мощность).

О характере процесса сдвижения при несогласном залегании рудных тел

Месторождений с несогласным залеганием рудных тел относи­ тельно вмещающих пород немного (см. рис. 55, в), и данных натур­ ных наблюдений за сдвижением горных пород в таких условиях

Рис. 83. Характерные группы несогласного за­ легания рудных тел от­ носительно вмещающих пород

В. Н. Земисевым [53] были выделены четыре группы месторождений,

дение слоев вмещающих пород направлено в сторону выработанного пространства под углами а меньшими, чем углы трения р по кон­ тактам слоев. В указанных условиях характер сдвижения пород зависит от угла падения рудного тела. При пологом и наклонном падении рудного тела сдвижение пород висячего бока происходит преимущественно в форме прогиба слоев пород в сторону выработан­ ного пространства. При крутом падении рудного тела условия для прогиба слоев становятся менее благоприятными. В связи с увели­ чением подрезки слоев очистной выработкой боковой распор вдольнапластования существенно уменьшается и влияние слоистости на

характер сдвижения пород прекращается. Породы начинают сдви­ гаться в форме отрыва от массива крупных блоков, поворота и спол­ зания их в сторону выработанного пространства, подобно сдвиже­ нию на месторождениях с неслоистым строением пород.

Величина угла сдвижения |3 в рассматриваемых условиях, надо полагать, определяется крепостью пород и углом падения рудного тела. Так, на трех моделях с горизонтальным залеганием слоев вмещающих пород и углами падения рудных тел 0, 30 и 60° углы сдвижения получились равными соответственно 82, 73 и 63°. В тех

ния слоистых вмещающих пород больше угла трения по контактам слоев. В таких условиях, если слои вмещающих пород подрезаются горными работами на большой площади, сдвижение пород висячего бока происходит в виде скольжения по контактам слоев. При углах падения вмещающих пород в пределах 45 > а > р углы сдвижения РР равны углам падения вмещающих пород. При углах падения вмещающих пород больше 45° углы сдвижения р? становятся меньше углов падения вмещающих пород. Углы сдвижения ур на моделях практически не зависят от угла падения вмещающих пород и на че­ тырех моделях получились в пределах 41—57°.

В т р е т ь е й и ч е т в е р т о й г р у п п а х м е с т о р о ­ ж д е н и й падение пород висячего бока направлено от выработанного пространства под углами меньшими, чем углы трения по контактам слоев (третья группа) или большими (четвертая группа). Сдвижение

величину углов сдвижения Р, являются углы падения рудных тел и вмещающих пород. Сдвижение пород лежачего бока на месторожде­ ниях четвертой группы происходит в виде сдвига по контактам

33. О мерах охраны сооружений и природных объектов

Согласно Инструкции Госгортехнадзора СССР о порядке утвер­ ждения мероприятий по охране сооружений [51] и Правил охраны сооружений все наземные и подземные объекты, попадающие в об­ ласть вредного влияния горных разработок, подлежат обязательной -охране. Меры охраны должны обеспечивать сохранность объектов, безопасность ведения горных работ, безопасность людей, находя­ щихся в местах расположения объектов, при минимальных потерях или консервации полезных ископаемых в предохранительных це­ ликах.

Из приведенных требований Инструкции не следует, что все объекты должны охраняться предохранительными целиками. Суть этих требований заключается в том, что заранее, до подработки любого объекта, должен быть решен вопрос о его дальнейшем су-

ществоваыии: будет ли он охраняться предохранительным целиком или применением горнотехнических мероприятий, будет ли объект перенесен на другое место или подлежит сносу.

Остановимся кратко на рекомендуемых Инструкцией Госгор­ технадзора СССР и Правилами мерах охраны сооружений.

1. Оставление предохранительных целиков является наиболее распространенной и самой надежной мерой охраны сооружений. Однако оставление предохранительных целиков нередко затрудняет нормальное течение технологического процесса добычи руды, а при переходе горных работ на более глубокие горизонты влечет большие потери или консервацию руды в целиках. Поэтому Правилами и Инструкцией охрана сооружений оставлением предохранительных целиков допускается, когда по горногеологическим и технико-эко­ номическим условиям другие меры охраны не обеспечивают сохран­ ность сооружений или являются, по сравнению с оставлением цели­ ков, экономически невыгодными.

Способы построения предохранительных целиков общеизвестны,,

или трапецеидальной формы имеется излишний запас надежности.. Не нарушая основных требований Правил охраны сооружений, можно, используя углы сдвижения по диагональным направлениям |3' и у' , рассчитать целики минимальных размеров. При различных по величине углах сдвижения Р, у и ô эти целики будут иметь оваль­ ную форму, а при равенстве углов сдвижения — круглую.

Примерно такой же результат получается, если рассчитать целик способом вертикальных разрезов и способом перпендикуляров, расположив во втором случае границы охраняемой площади на зем­ ной поверхности диагонально простиранию залежи (рис. 84). В це­ лике минимальных размеров разрешается [49] оставлять только общую для обоих целиков площадь залежи (9-10-11-12-13-14-15-16-9).

Существенное сокращение размеров предохранительных цели­ ков может дать использование понятия о безопасной глубине разра­ ботки и расчет целиков по углам сдвижения при неполной подра­ ботке.

Сокращение размеров предохранительных целиков допустимо, если углы сдвижения на месторождении определены достаточно надежно. Целики недостаточных размеров могут быть причиной серьезных повреждений охраняемых объектов, так как в таких случаях охраняемые объекты будут располагаться в краевых частях мульды сдвижения, где преобладают деформации растяжения.

2. Горнотехнические мероприятия по охране сооружений пред­ усматривают главным образом применение различных способов выемки руды под охраняемыми объектами.

Первая группа способов предусматривает частичную отработку предохранительных целиков системами разработки, специально рассчитанными на длительное сохранение вмещающих пород и зем­

ной поверхности в устойчивом состоянии. Это преимущественно системы типа камерно-столбовых с оставлением регулярных целиков в выработанном пространстве. Применение указанных способов основывается на том, что сплошные предохранительные целики •содержат излишний запас надежности. Поэтому часть запасов руды из целиков можно извлечь, оставив для охраны сооружений целики решетчатой формы. Существенным недостатком упомянутых выше спо­ собов является то, что в «решетчатых» целиках нередко оставляется

А в СР

Рис. 84. Пример расчета целика мини­ мальных размеров

более 40—50% общих запасов руды в предохранительных целиках. При ценных рудах это невыгодно.

Вторая группа способов преду­ сматривает сплошную отработку пре­ дохранительных целиков с приме­ нением закладки выработанного про­ странства. Данные инструментальных

наблюдений свидетельствуют, что полная закладка выработанного пространства предотвращает возникновение на земной поверхности провалов, воронок и крупных трещин. Сдвижение горных пород в та­ ких условиях развивается медленно и плавно, оседания земной поверх­ ности не превышают 10—15% от вынимаемой мощности залежей, де­ формации также уменьшаются. Возможнее повреждения охраняемых •сооружений в рассматриваемых условиях можно устранить приме­ нением строительных и конструктивных мероприятий и последующим ремонтом. В большинстве случаев применение закладки, даже •с последующим ремонтом поврежденных сооружений, является эконо­ мически более выгодным, чем оставление предохранительных целиков.

В последние годы на ряде рудников проводятся опытные работы по применению твердеющей закладки и замене естественных целиков искусственными из бетона. Промышленное внедрение этих про-

грессивиых способов, надо полагать, решит проблему выемки руды из предохранительных целиков.

3. Специальные строительные и конструктивные меры охраны зданий и сооружений от вредного влияния горных разработок ши­ роко применяются на угольных месторождениях. Для этих условий ВНИМИ совместно с другими организациями разработал ряд руко­ водств и нормативных документов [60, 58]. В указанных работах приводятся способы расчета параметров процесса сдвижения земной поверхности и с учетом этих параметров и конструктивных особен­

небольшой. Наиболее интересные работы в этом направлении про­ водятся ВНИМИ в Криворожском бассейне. Здесь произведено укрепление здания административно-бытового комбината на шахте «Гигант» рудника им. Дзержинского и в 1967 г. с помощью гидро­ домкратов произведен подъем осевшей части здания. Результаты инструментальных наблюдений и имеющийся опыт показывают, что конструктивные и строительные меры защиты в сочетании с гор­ нотехническими мероприятиями могут успешно применяться при разработке жил и залежей небольшой мощности, а также для за­ щиты сооружений, расположенных в лежачем боку мощных круто­ падающих залежей вне зоны террас и трещин. Величины дефор­ маций земной поверхности для выбора мер защиты зданий и соору­ жений определяются в таких случаях по результатам наблюдений за сдвижением земной поверхности на данном или аналогичных ему месторождениях.

4. Такие мероприятия, как изменение способов эксплуатации объектов, сами по себе не предотвращают и не уменьшают деформа^ ций в подрабатываемых объектах. Основное их назначение — пред­ упреждение несчастных случаев с людьми в период активной стадии процесса сдвижения и дальнейшее использование подработанных сооружений.

Интересный пример изменения способа эксплуатации подрабаты­ ваемого объекта в сочетании с применением строительных меро­ приятий и постановкой инструментальных наблюдений имеется на Дегтярском руднике. Здесь в зоне сдвижения оказалась обогатитель­ ная фабрика. Оборудование фабрики было демонтировано, а здание ее использовали под гараж. Позднее здание было реконструировано и укреплено: уменьшена высота стен, облегчены перекрытия, сделан обвязочный пояс и т. п. Здание продолжают нормально эксплуатировать, несмотря на то, что оседания его достигли 290 мм,

арастяжения до 8 мм/м.

5.Систематические инструментальные наблюдения широко при­ меняются как вспомогательная мера в сочетании с другими за­ щитными мероприятиями — горными или конструктивными при подработке железных дорог, при полной или частичной выемке предохранительных целиков специальными системами разработки

Сделав первоначальную съемку по всем реперам дважды (а иногда три раза и более), принимают полученную кривую ано­ малий за исходную. Затем периодически (через 15—30 дней) про­ изводят по этим же реперам повторные гравиметрические съемки. Если повторные кривые аномалий силы тяжести совпадают с началь­ ной, значит положение пустоты не изменилось. В случае отклонения выясняют причину путем обследования горных выработок и доку­ ментации состояния выработанного пространства. По этим же репе­ рам профильных линий проводятся маркшейдерские наблюдения с целью контроля деформаций поверхности. Следует отметить, чтот несмотря на то, что методика гравиметрической съемки для поиска пустот окончательно не разработана, уже получены некоторые практические результаты. Так, в 1965 г. наблюдениями над залежыо по 139-й оси шахты «Октябрьская» было установлено уменьшение силы тяжести, что говорит об увеличении объема пустоты или изме­ нении ее центра тяжести. Действительно, в это же время в шахте было установлено самообрушение пород висячего бока.

В 1966 г. на карьере ЦГОКа начаты экспериментальные работы по применению электроразведки для поиска пустот. Первые съемки ВЭЗ (вертикальное электрозондирование) дали обнадеживающие результаты. Одна из таких съемок была произведена над пустотой шахты им. Петровского. Пустота расположена на глубине 100 м. С помощью ВЭЗ удалось довольно точно оконтурить ее верхнюю часть.

Таким образом, в зонах возможного образования воронок кон­ троль за состоянием массива осуществляется с помощью глубинных реперов, гравиметрической съемки и внедряемой электроразведки.

В случае разработки пластообразных залежей, при сплошной выемке, вслед за извлечением полезного ископаемого проис­ ходит обрушение пород висячего бока с образованием на поверх­ ности зон обрушения и сдвижения. В этом случае выработанное пространство заполняется и пустоты отсутствуют. Поэтому внезап­ ных обрушений в виде воронок не должно быть. Однако, чтобы не допустить обрушения уступов, необходимо знать характер и величину деформаций подработанного массива, что может быть осуществлено с помощью инструментальных наблюдений за сдвижением поверх­ ности и массива пород.

. На карьере ЦГОКа с этой целью проводятся наблюдения по про­ фильным линиям, заложенным на поверхности, а также с помощью проволочных глубинных реперов. Кроме того, службой сдвижения производится систематический осмотр участков зоны сдвижения, вскрытой карьером, установка и наблюдение за маяками на трещи­ нах, систематический контроль за состоянием выработанного про­ странства и подготовительных выработок в шахте. Все эти мероприя­ тия позволяют рационально разрабатывать месторождение комбини­ рованным способом. Восьмилетняя практика эксплуатации карьера ЦГОКа показала, что правильно организованная служба наблюде­ ний вполне способна предупредить возможные неожиданности, свя­ занные с подработкой массива.

3.А к и м о в А. Г. Величина деформаций земной поверхности при под­ земной разработке рудных месторождений. Тр. ВНИМИ, сб. LXII. Изд. ВНИМИ, Л., 1956.

4.А к и м о в А. Г. Определение величин углов сдвижения для залежей

сложной формы и ограниченных размеров. «Горный журнал», 1963, № 12.

5.А к и м о в А. Г. Расчет устойчивости земной поверхности при раз­ работке слепых рудных залежей. Тр. ВНИМИ, сб. L. Изд. ВНИМИ, Л., 1963.

6.А к п м о в А. Г. Зависимость величин углов сдвижения от степени

подработанностп земной поверхности. Тр. ВНИМИ, сб. LII, Изд. ВНИМИ,

Л., 1964.

7.А к п м о в А. Г. Методика изучения трещиноватости массива и учет влияния трещиноватости па сдвшкенпе при подземной разработке рудных место­

10.А к и м о в А. Г. Определение величины угловых параметров сдвиже­ ния на рудных месторояхдешшх. «Горный журнал», 1965, № 2.

11.А к и м о в А. Г. К расчету высоты зоны обрушения при разработке слепых рудных залежей. «Горный журнал», 1966, № 5.

12. А к и м о в А. Г., К у з н е ц о в а Е. И. Основные положения ука­ заний по охране сооружений от вредного влияния подземных горных разработок для Золотушинского полиметаллического рудника. Тр. ВНИМИ, сб. LVIII. Изд. ВНИМИ, Л., 1966.

13.Б а х у р п п И. М. Сдвижение горных пород под влиянием горных разработок. М., Гостоптехиздат, 1946.

14.Б е л е в ц е в Я. Н. п др. Геология Криворожских железорудных месторождений, т. 1, изд. АН УССР, 1962.

15.Б л а ш к е в и ч И. А. Исходные данные к составлению правил охраны

сдвижения с учетом степени подработанностп земной поверхности на рудных месторождениях Урала. Изв. вузов, «Горный журнал», 1966, № 12.

17. Е г о р о в П. В. Некоторые результаты изучения трещиноватости на Быструшинском руднике Лепиногорского полиметаллического комбината.

жения горных пород на угольных шахтах. Тр. ВНИМИ, со. XXVII. М., Углетехиздат, 1953.