книги / Сдвижение горных пород на рудных месторождениях

Ма к с и м а л ь н о е р а с т я же н и е или с жат ие

е0 (1 • 10" Зь или мм/м) — наибольшее отношение разности гори­ зонтальных длин интервала, измеренных при закончившемся про­ цессе сдвижения и до подработки, к первоначальной длине интер­ вала. Растяжение и сжатие определяются по формуле

где штрихами выделены длины интервалов, полученные соответ­ ственно при первом и следующих наблюдениях. Точки с максималь­ ными величинами сдвижений и деформаций в зоне плавных сдвиже­ ний находятся вблизи границы с зоной трещин. В табл. 1 приведены средние арифметические величины т]0, г0 и е0, полученпые по данным наблюдений на месторождениях с различными горногеологическими условиями, главным образом при наличии па земной поверхности зоны обрушения.

Данными табл.1 можно пользоваться при оценках ожидаемых сдви­ жений и деформаций на неизученных месторождениях, при выборе мер охраны сооружений, находящихся в зоне плавных сдвижений. Рас­ пределение сдвижений и деформаций в зоне плавных сдвижений для приближенных расчетов можно принимать убывающим по линейной зависимости. В тех случаях, когда провалы и крупные разрывы земной поверхности отсутствуют, т. е. на месторождениях, анало­ гичных в отношении характера сдвижения угольным месторожде­ ниям, расчет сдвижений и деформаций может производиться по Руко­ водству [60].

Для охраняемых сооружений представляют опасность не абсо­ лютные величины вертикальных и горизонтальных сдвижений, а их

для высоких объектов, имеющих малую площадь основания (ба­ шенные сооружения, копры, трубы и пр.), а также для самотечных трубопроводов. На большинство сооружений наклоны не оказывают вредного влияния.

Неравномерность наклонов — к р и в и з н а наиболее опасна для зданий больших размеров. Положительная кривизна основания здания (обращенная выпуклостью вверх) приводит к возникновению в его несущих конструкциях напряжений и деформаций растяжения. Под влиянием кривизны в стенах здания образуются трещины с рас­ крытием, увеличивающимся снизу вверх. Отрицательная кривизна {обращенная выпуклостью вниз) приводит к деформациям сжатия сооружения.

Самыми опасными для сооружений и наиболее часто проявля­ ющимися на краях мульды сдвижения являются г о р и з о н т а л ь ­ н ы е д е ф о р м а ц и и р а с т я ж е н и я . Видимые признаки влияния деформаций растяжения — трещины в фундаментах и сте­ лах зданий, имеющие раскрытие, примерно одинаковое на всем протя­ жении или уменьшающееся снизу вверх. Если определены расчет­ ные деформации земной поверхности на площадке охраняемого зда­

циенты условий работы, значения которых изменяются в зависи­

формации наступают при Al > 3 0 0 мм. Углы сдвижения определя­ ются по величинам критических деформаций, при которых в охра­ няемых зданиях и сооружениях могут возникнуть незначительные деформации. Такие повреждения устраняются восстановительным ремонтом. Ориентировочная стоимость ремонта в процентах от стои­ мости здания определяется в зависимости от величины Al.

л сооружения могут применяться защитные конструктивные меро­ приятия.

Величины сдвижений и деформаций в зоне трещин, как правило, во много раз превышают критические [3]. Охрана сооружений в зоне трещин и террас поэтому практически неосуществима с помощью конструктивных защитных мероприятий. Нецелесообразны в боль­ шинстве случаев и могут рассматриваться только в качестве времен­ ной меры восстановительные ремонты зданий и сооружений. Для

определения времени проведения восстановительных ремонтов и сроков начала строительства на подрабатываемых территориях ис­

которого земная поверхность может находиться в состоянии сдвиже­ ния после прекращения очистных работ в данном районе. За оконча­ ние процесса сдвижения принимается дата, после которой в течение

ности — время, в течение которого подработанные здания и соору­ жения могут подвергаться значительным повреждениям. Крите­ рием окончания периода опасных деформаций принято считать оседания т ]< 30—50 мм в месяц.

Инструментальные наблюдения

Основным методом исследований и источником сведений о харак­ тере сдвижения и величинах параметров сдвижения в различных горногеологических условиях рудных месторождений являются инструментальные наблюдения. Результаты инструментальных на­ блюдений вместе с горногеологическими сведениями и прочпостными характеристиками пород служат основой для обобщений и исследо­ ваний влияния на процесс сдвижения различных горногеологиче­ ских факторов и для составления Правил и Указаний по охране со­ оружений. Наблюдения проводятся и обрабатываются по инструк­ ции [52], обязательной для всех рудников Советского Союза. В связи с этим ниже приводятся лишь некоторые наиболее важные сведения и положения методического характера с учетом накопленного опыта

ности. Закладке наблюдательной станции предшествует составление проекта, включающего план наблюдательной станции, геологиче­ ские разрезы по профильным линиям, расчет длин профильных линий и краткую пояснительную записку. Место заложения станции опре­ деляется с учетом возможности проследить начало возникновения процесса сдвижения, его развитие во времени и затухание под влиянием очистных работ отдельного рудного тела, блока или этажа. Если в задачу наблюдений не входит исследование специальных вопросов, например выяснение влияния размеров очистных выра­ боток на устойчивость боковых пород и земной поверхности и на величины параметров сдвижения, то станция должна располагаться в местах максимального ожидаемого развития очистных работ, т. е. по возможности в зоне полной подработки.

На каждой станции для контроля полученных значений основ­ ных параметров сдвижения необходимо закладывать не менее двух

освобождает от необходимости измерения расстояния головки ре­ пера до места приложения рулетки и от ввода дополнительной по­ правки в превышение при приведении длин к горизонту.

Вычисленные величины сдвижений и деформаций изображаются графически в виде кривых. Для каждого вида сдвижений и деформа­ ций строят отдельные графики, которые желательно размещать над разрезом по профильной линии. Примерный порядок графиче­ ского оформления разрезов и результатов наблюдений по профиль­ ным линиям изложен в Инструкции и Указаниях 152, 63].

Полученные углы сдвижения должны быть проанализированы по условиям их получения. Прежде всего следует выяснить, явля­ ются ли они минимальными, полученными при полной подработке, или более крутыми — при неполной подработке.

Необходимо иметь в виду, что полученные значения углов сдви­ жения и углов разрывов нельзя отождествлять с углами бортов карьеров или заоткоски уступов, как это иногда делается на рудни­ ках, и использовать эти углы при проектировании открытых работ. Наблюдения на земной поверхности не могут быть также непосред­ ственно использованы для решенйя вопросов, не связанных с ох­ раной сооружений па земной поверхности, например выбор пара­

По данным наблюдений должен быть составлен отчет с описа­ нием выполненных работ, анализом точности наблюдений и с прило­ жением ведомостей обработки наблюдений и необходимой графики. В отчете приводятся выводы о параметрах сдвижения и рекоменда­ ции по их практическому использованию.

Глава I I

РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ В КРИВОРОЖСКОМ ЖЕЛЕЗОРУДНОМ БАССЕЙНЕ

§3. Краткая характеристика Криворожского бассейна

Внастоящее время в Криворожском бассейне действуют десять рудников и пять горнообогатительных комбинатов (ГОКов), которые дают примерно половину всей добычи железной руды по Совет­ скому Союзу. В геологическом отношении бассейн представляет

собой узкую сложпоскладчатую полосу докембрийских сланцев и железистых роговиков, вытянутую в субмеридиоиальном направ­ лении и зажатую с востока и запада гранитами и мигматитами Ук­ раинского кристаллического массива. Длина рудоносной полосы криворожской свиты составляет около 100 км, а ширина колеблется от 2 до 6 км [14]. Породы криворожской свиты образуют синклииорий, осложненный многочисленными тектоническими наруше­ ниями.

Общее падение крыльев складок — западное, под углом 35— 65°. Более пологие углы наблюдаются в южной части полосы, а бо­ лее крутые — в северной. Исключением является месторождение рудника Ингулец с вертикальным и обратным (восточным) падением залежей, а также залежи в Восточно- и Западно-Ингулецких муль­ дах, имеющие сложноскладчатое строение. Рудные тела залегают в основном согласно с вмещающими породами. Распространение пх на глубину различно и нередко достигает нескольких километров.

Мулы!а сдОижиния

Рис. 9. Мульда сдвижения земной поверхности на разрез вкрест простирания:

1 — зона опасных сдвижений; 2 — зона плавных сдвижений; з — зона тре­ щин и террас; 4 — зона воронок; 5 — провал; 6 — воронки; 7 — линия раз­ рывов; 8 — линия сдвижения

Коренные породы покрыты третичными и четвертичными рыхлыми отложениями, представленными суглинками, песками, глинами, лёссами и известняками. Мощность их изменяется от 10 м на руд­ нике им. Кирова до 80—100 м на руднике Ингулец. Наиболее рас­ пространенными системами разработки в бассейне в настоящее время являются системы подэтажного обрушения и подэтажных штреков (ортов).

С 1933 по 1941 г. исследования по сдвижению земной поверх­ ности в Криворожском бассейне проводились маркшейдерскими отделами шахт, Днепропетровским горным институтом, Госмаркконтролем УССР, Украинским филиалом ЦНИМБ и Криворожским НИГРИ. После 1947 г. систематическим изучением сдвижения гор­ ных пород занимается ВНИМИ. В послевоенные годы в исследова­ тельских работах принимали участие: К. С. Гуреева, В. С. Троиц­

За период исследований с 1947 г. накоплен большой материал по наблюдениям за сдвижением горных пород и земной поверхности при разработке залежей от самых верхних горизонтов до глубины 500—600 м. В настоящее время в бассейне действует обширная сеть наблюдательных станций, заложенных на земной поверхности,

вгорных выработках и скважинах. Ниже приведены основные ре­ зультаты наблюдений по некоторым наблюдательным станциям, характерным для определенных групп месторождений.

Многообразие условий залегания рудных залежей и других горногеологических факторов вызывает множество различных форм проявления процесса сдвижения на земной поверхности. На рис. 9

вобщем виде показаны элементы мульды сдвижения и параметры, их определяющие. Следует отметить, что в Криворожском бассейне, представляющем собой узкую цепочку месторождений, в большин­ стве случаев примыкающих друг к другу, значения углов сдвижения Ô по простиранию залежей удается определить лишь в редких случаях. Достаточно указать, что из 93 профильных линий, на которых в на­ стоящее время ведутся наблюдения, лишь три направлены по про­ стиранию залежей.

По влиянию разработки отдельных залежей на характер и па­ раметры процесса сдвижения в Правилах охраны сооружений [55] их принято подразделять на следующие три основные группы (табл. 2):

I — залежи, разработка которых вызывает на земной поверх­

ности образование воронок и провалов ограниченных размеров; II — залежи, разработка которых до предельных глубин вызы­

вает периодическое развитие зон опасных сдвижений земной по­

§ 4. Сдвижение пород висячего бока залежей

Залежи I группы. Разработка столбообразных залежей под­ группы 1х с длиной по простиранию менее 70 м вызывает на земной поверхности над верхним контуром выработанного пространства образование воронок обрушения. Дальнейшее увеличение глубины разработки сопровождается перепуском обрушенных пород и не­ значительным ростом размеров воронки на земной поверхности до образования устойчивых обнажений откосов воронки. Для опре­ деления на земной поверхности границ зон возможного образования воронок в Криворожском бассейне пользуются углом воронкообразования.

или по простиранию рудной залежи горизонтальной линией и линией, соединяющей соответствующую границу выработанного пространства с контуром воронки на контакте коренных пород

снаносами.

Рис. 10. Определение границ зоны возмож­ ного образования во­ ронок при разработке залежей подгруппы lj:

стирания; в— вертикаль­ ная проекция

С целью определения углов воронкообразования были изучены все первичные и большинство вторичных * воронок в Криворожском

* Первичные воронки — воронки, до появления которых земная поверх­ ность не имеет деформаций; вторичные воронки — воронки перепуска, которые появляются в пределах уже развившейся ранее зоны трещин и террас па зем­ ной поверхности.