книги / Сдвижение горных пород на рудных месторождениях

бассейне, произведена их контурная съемка и собран материал по геологии и горным работам. Анализ собранных материалов по­ казал, что углы воронкообразования изменяются в пределах от 85 до 100° и более. Установить различия в значениях углов v для первичных и вторичных воронок не представилось возможным. Поэтому для построения границ зон возможного образования во­ ронок с некоторым запасом приняты минимальные углы вороикообразования, одинаковые для первичных и вторичных воронок и оди­ наковые во всех направлениях и для всех групп залежей — v = = 85°.

При построении границ зон возможного образования воронок (рис. 10) углы v в сторону падения залежи и по простиранию строятся от границы горных работ на глубине II—2,5 Ьп (где Ь„ — длина залежи по простиранию). При разработке слепых залежей с глуби­ ной залегания верхнего контура залежи Н3 > 2 ,5 Ьп процесс обрушения налегающих пород не доходит до контакта коренных пород с наносами, и такая слепая залежь должна быть отнесена к III группе. При разработке залежей с длиной по простиранию до 70 м сдвижение поверхности за контуром установившейся во­ ронки не наблюдается. В связи с переходом на разработку глубоких горизонтов эта подгруппа залежей в настоящее время в Криворож­ ском бассейне представлена небольшим количеством залежей.

Другая подгруппа залежей ограниченных размеров 12 с длиной по простиранию от 70 до 350 м имеет в бассейне довольно широкое распространение. Характер развития и параметры процесса сдви­ жения горных пород при разработке этих залежей изменяются в за­ висимости от изменения соотношения размеров выработанного про­ странства и глубины горных работ. При разработке верхнего горизонта залежей, выходящих под наносы, породы висячего бока обрушаются и на земной поверхности образуются воронки. После­ дующая отработка нижележащих этажей приводит к объединению воронок в один общий провал. При глубине разработки Н ^ 1,3 Ln углы разрывов могут принимать минимальные значения, поэтому Правилами охраны сооружений для построения границ зон опас­ ных сдвижений в этом случае рекомендуются с некоторым запасом

При проведении горных работ на глубине II ^ 1,3Ьп вследствие бокового защемления слоев пород на торцах залежи происходит задержка в обрушении пород висячего бока, увеличение углов раз­ рывов Р" и в конечном итоге прекращение роста зоны обрушения на земной поверхности. Правилами охраны сооружений в этом слу­ чае рекомендуется строить предельный контур зоны опасных сдви­

Рис. 11. Развитие зоны обру­ шения при разработке залежи «Пужмерки-1» рудника им. Ор­ джоникидзе:

а — план поверхности; б — разрез вкрсст простирания; в — вертикаль­ ная проекция

по простиранию около 150 м, а ниже — сливается с другой столбо­ образной залежью «Пужмерки-бис» и увеличивает длину по про­ стиранию до 200 м. Угол падения залежи 60°, мощность около 50 м. Породы висячего и лежачего боков залежи представлены разновид­

С 1938 г. очистные работы понизились на 510 м. До 1941 г. залежь

не изменил своего положения к моменту возобновления очистных работ в 1947 г., что позволяет считать значение угла |5" = 75° наиболее вероятным для глубины Н «=» 1,3 Ьп. Дальнейшая отра­ ботка залежи, ввиду все большего влияния торцов, сопровождалась образованием в породах висячего бока свода обрушения. Размеры провала на земной поверхности продолжали увеличиваться за счет перепуска обрушенных пород и обрушения нависающего открытого борта провала. Обрушение земной поверхности происходило вне­ запно, небольшими участками, шириной 5—Юле, и чаще всего было приурочепо ко времени производства массовых подземных взрывов.

За кромкой провала деформации земной поверхности не дости­ гают критических значений, а оседания не превышают 100—125 лш. С удалением от бровки провала сдвижения постепенно затухают. Ширина зоны плавных сдвижений в направлении вкрест простира­ ния достигает 100—110 м. Наличие за провалом зоны плавных сдви­ жений указывает на возможность дальнейшего его роста до образо­ вания в породах висячего бока устойчивого свода равновесия.

Построение предельного контура зоны опасных сдвижений зем­ ной поверхности в сторону падения и по простиранию залежи про­ изводится от контура горных работ на глубине Н = 2,5Ьп. Для залежи «Пужмерки-1», имеющей Ln = 210 м, предельный контур необходимо строить от гор. 527 м. Предельный контур со стороны лежачего бока определяется выходом залежи под наносы, а для сле­

Залежи II группы. Разработка залежей этой группы до предель­ ной глубины вызывает периодический рост зоны опасных сдвиже­ ний на земной поверхности. По крепости и обводненности пород висячего бока эта группа подразделяется на три подгруппы (см. табл. 2 и 3). Ниже рассмотрим результаты инструментальных наблю­ дений на залежах подгрупп П х и И 2. Залежи подгруппы П 3 не рас­ сматриваются, так как процесс сдвижения при их разработке имеет такой же сравнительно плавный характер, что и при разработке

в 1947 г. над сближенными залежами подгруппы Их — «Основная» и ЦПЗ (центральная параллельная залежь). При прослеживании их на глубину и по простиранию они то сливаются в одно рудное

тело, то разделяются безрудными включениями. Длина залежи «Основная» по простиранию около 700 ль, мощность 30—40 ль, средний угол падения 55°. Висячий бок залежей представлен пере­ слаиванием роговиков, джеспилитов и сланцев крепостью / = 6-4-12. До глубины 80—100 ль залежи отработаны карьером. Подземная разработка ведется системами подэтажных штреков (ортов) и подэтажного обрушения.

За период наблюдений с 1947 по 1960 г. очистные горные работы по залежам опустились с гор. 197 м до гор. 517 ль, т. е. на глубину более 300 м. Долговременные наблюдения позволили выяснить характер развития и параметры процесса сдвижения висячего бока залежей п проследить изменение их с увеличением глубины раз­ работки. На рис. 12 представлен наиболее характерный вертикаль­ ный разрез по профильной линии II (ось 89) с графиками оседаний и векторов сдвижений.

Анализ результатов наблюдений показывает следующее:

1. Сдвижение налегающих пород и земной поверхности происхо­ дит периодически и всегда приурочено ко времени окончания от­ работки значительной части этажа и погашения междукамерных целиков и потолочин. Так, бровка обрушения, зафиксированная в 1947 г., является границей зоны обрушения, образовавшейся в ре­ зультате отработки значительной части залежи в этаже гор. 197 ль. В дальнейшем периодическое появление новых трещин на земной поверхности и увеличение зоны трещин и террас было отмечено в апреле — мае 1950 г., в апреле и августе 1954 г. после сплошной

характера и параметров процесса сдвижения. При разработке за­ лежей до гор. 197 ль породы висячего бока обрушились в форме от­ рыва отдельных кусков и глыб от массива и беспорядочного их пере­ мещения в выработанное пространство. На земной поверхности образовался резко выраженный провал под довольно крутыми углами разрывов |3" = 70°.

При отработке следующих трех этажей (гор. 247, 307 и 367 ль) процесс сдвижения пород висячего бока и земной поверхности уже имел другой характер и соответственно ему — другие параметры. Перед появлением новых трещин на земной поверхности разви­ вается зона плавных сдвижений, причем если при отработке горизонта 247 ль ширина этой зоны составляла около 120 ль, а максимальные сдвижения не превышали 70—80 льль, то при отработке горизонтов 307 и 367 ль ширина зоны плавных сдвижений составила 160— 180 ль, оседания — 140 льль, горизонтальные деформации растяжения — 1,5 льль/ль.

Абсолютные значения сдвижений увеличиваются по мере при­ ближения к ранее образовавшимся зонам обрушения. Коренные породы висячего бока вначале деформируются в форме плав­ ного консольного прогиба. Дальнейшее увеличение консольного

прогиба приводит к расслоению пород на отдельные пачки мощностью от 3—4 до 15—20 м и обламыванию их в месте заделки. В резуль­ тате скорости сдвижения резко увеличиваются и на земной поверх­ ности образуется новая зона трещин и террас. Угол разрыва Р" при этих глубинах разработки составляет 55—57°. За новой зоной тре­ щин и террас деформации не достигают критических значений, поэтому углы сдвижения равны углам разрывов.

Характер сдвижения реперов в зоне трещин на земной поверх­ ности и внешний вид террас с обратными ступеньками показывают, что дальнейшее сдвижение сколовшегося массива на этой стадии развития процесса происходит в форме поворота блоков в сторону выработанного пространства и скольжения их по наклонной поверх­ ности, проходящей через крайнюю трещину на земной поверхности и соответствующую границу очистных работ. Как показывают век­ торы сдвижения, в зоне, ограниченной трещиной 1950 г., преобла­ дало скольжение блоков, а в зоне, ограниченной трещинами 1954 г .,— их поворот. В первой зоне скорости сдвижений изменялись в очень широких пределах, достигая значений 400—500 мм/месяц.

Во второй же зоне трещин, образовавшейся в 1954 г., сдвижение земной поверхности происходило более плавно. Так, скорости осе­ даний реперов на всем участке, достигнув к концу 1954 г. значений 60—80 мм/месяц, продолжали в дальнейшем оставаться неизмен­ ными. Такой характер развития процесса позволяет сделать пред­ положение о том, что выработанное пространство этих этажей пред­ варительно было заполнено обрушенными породами, перепустивши­ мися с верхних горизонтов, а сдвижение массива пород висячего

щиной 1954 г. образование зоны плавных сдвижений, ширина кото­ рой в средней части мульды достигла 250 м. Процесс сдвижения приобрел еще более плавный характер, чем при отработке гор. 367 м. Образование новой зоны трещин наметилось только в 1960 г. Очист­ ные горные работы за это время понизились почти на два этажа. Угол сдвижения р получился равным углу разрывов Р" и составил 50°. Наибольшие горизонтальные и вертикальные сдвижения к этому

что наибольшие оседания приурочены к средней части новой зоны трещин.

Изменение характера развития процесса сдвижения земной по­ верхности и дальнейшее выполаживание угла разрывов связано с изменением характера деформирования коренных пород висячего бока. В результате бокового распора породы висячего бока ниже гор. 367 м получили возможность деформироваться только как плиты, заделанные по краям, для чего, естественно, необходима значительно большая высота их обнажения. Углы разрывов Р" и углы сдвижения Р получили свои минимальные значения.

Границы зон сдвижений, трещин и террас со стороны висячего бока имеют характерную параболическую форму. Максимальные сдвижения и минимальные углы сдвижения имеют место в главном сечении мульды. По мере приближения к торцам углы разрывов р" увеличиваются. В Правилах охраны для Криворожского бассейна даны соответствующие рекомендации для построения закруглений границ зон опасных сдвижений в торцах залежей группы II.

Наблюдательная станция шахты № 5 рудника им. Фрунзе рас­ положена над пластообразными залежами Глееватского пласта, от­ носящимися к подгруппе П 2. Длина их по простиранию от 300 до 1000 .и и более, падение — западное, под углом 50—70°. Ниже развитие процесса сдвижения рассмотрено на примере разработки наиболее мощной залежи «Северная». Залежь имеет северное скло-

а в лежачем боку — довольно устойчивые аспидные сланцы и ро­ говики с / = 8 -г- 12. Наносы представлены суглинками и глинами общей мощностью 30—40 м. Залежь разрабатывается системой под­ этажных штреков.

Результаты наблюдений с 1953 по 1966 г. показали, что наличие слабых пород в висячем боку залежи, даже в случае довольно боль­ шой вынимаемой мощности, способствует более плавному харак­ теру развития процесса сдвижения земной поверхности. Воронки обрушения на земной поверхности образуются в основном лишь при разработке первого верхнего горизонта. В районе профиля II (рис. 13), где залежь в результате склонения погружается на глу­ бину около 140 м и становится слепой, сдвижение земной поверх­ ности происходит без образования воронок обрушения. Отработка залежи отдельными камерами началась в 1951 г., а наибольшие скорости сдвижений до 1955 г. не превышали 10 M M Jмесяц.

Начало активного развития процесса сдвижения относится к 1955—1956 гг., когда была отработана значительная часть этажа горизонтов 225—280 лц наибольшие скорости оседаний достигли

80мм)месяц.

Трещина над верхней границей выработанного пространства,

появившаяся в 1956 г., до настоящего времени продолжает оста­ ваться не только границей зоны трещин и террас, но и границей зоны опасных сдвижений со стороны лежачего бока. За этой трещиной имеют место плавные сдвижения, но деформации не достигают кри­ тических значений. Поэтому у" = у = 68° при ап = 57°. В сторону падения залежи периодически появляющиеся трещины увеличивают размеры зоны трещин и террас. Трещины на земной поверхности в висячем боку залежи появляются при оседаниях 100—300 лме,

горизонтальных деформациях 6—8 мм/м п скорости оседания более

10мм}месяц.

За крайней трещиной возникает зона плавных сдвижений с де­

формациями, превышающими критические значения. Угол разрывов

Рис. 13. Вертикальный разрез по профильной линии И наблюдательной станции шахты № 5:

а — горизонтальные деформации; б — оседания; в — разрез вкрест простирания

р " = 55 ч- 60°, угол сдвижения |3 = 45 н- 50°. С увеличением глу­ бины разработки точки максимальных сдвижений и деформаций земной поверхности перемещаются в сторону падения залежи вслед за перемещением центра очистных работ. Соответственно и век­ торы сдвижений отдельных реперов с течением времени изменяют

свое направление. Последнее указывает на то, что прогиб слоев пород над выработанным пространством сопровождается сдвигом по напластованию. В средней части мульды сдвижения четко вы­

значения максимальных деформаций растяжения не могут быть характерными, так как они приходятся на участки с трещинами и разрывами. Максимальные оседания за период с 1953 по 1965 г. составили 7,38 м. Раскрытие трещин на земной поверхности со сто­ роны висячего бока и величина смещения по ним (ступенька) не пре­ вышают 0,4 м.

С увеличением глубины разработки наблюдается уменьшение максимальных скоростей сдвижения. Так, если в 1958 г. при от­ работке горизонтов 225 и 280 м наибольшие скорости оседаний в центре мульды сдвижения составляли 80 мм/месяц, то уже к 1965 г. они уменьшились в 1,5—2,0 раза и составили 40—50 мм/месяц.

Результаты наблюдений по другим профильным линиям этой станции показывают, что процесс сдвижения имеет такой же харак­ тер, но абсолютные значения наибольших сдвижений и деформаций в связи с меньшей вынимаемой мощностью соответственно меньше. При разработке залежи шахты № 3 до глубины 125—175 м при вы­ нимаемой мощности залежи менее 3 м процесс сдвижения земной поверхности проявился лишь в форме воронок над выходом залежи под наносы и оконтуривающей их со стороны висячего бока зоны плавных сдвижений без трещин и разрывов.

В результате прекращения очистных работ на залежах «Южная», шахты № 5 и шахты № 3 представилась возможность установить время затухания процесса сдвижения земной поверхности. Про­ должительность периода затухания зависит от глубины разработки

мановского пласта, залегающей непосредственно под наносами

1000 лг, мощность не превышает 15 м. Залежь также относится к под­ группе I I 2.

Непосредственно в висячем боку залежи (запад) расположены

амфиболиты и мигматиты. В лежачем боку (восток) залегают дже­ спилиты и роговики. Наносы представлены лёссовидными суглин­ ками, глинами, песками и известняками общей мощности до 80— 100 м; в наносах встречаются плывуны.