книги / Сдвижение земной поверхности под влиянием горных разработок

Таким образом, при изменении крепости пород углы сдви­ жения изменяются сравнительно медленно. Однако сама по

водненности наносов и других условий углы сдвижения 3 мо­ гут быть меньше или несколько больше 50°;

2) коренные породы, слабо метаморфизованные, характе­ ризующиеся весьма низкой или низкой механической прочно­ стью и сдементированностью. Месторождения, сложенные та­ кими породами, как правило, представлены бурыми углями (Подмосковный бассейн, Челябинский бассейн, Ленгерское, Ангренское месторождения и др.). Углы сдвижения 3 в этих породах в среднем колеблются в пределах 55—70°;

3) коренные породы средней крепости, более метаморфи­ зованные и сцементированные, чем в предыдущем случае (Ка­ рагандинский бассейн, Кузбасс и др.). Месторождения, сложен­ ные такими породами, могут быть представлены бурыми,

ризующиеся высокой (Донбасс) или весьма высокой (Кизеловский бассейн) механической прочностью и сдементированностью. Углы сдвижения 8 колеблются в пределах 80 — 90°.

Приведенная связь углов сдвижения 8 с характером пород хорошо согласуется с данными инструментальных наблюдений за сдвижением горных пород и показателями крепости послед­ них (временное сопротивление сжатию, буримость и т. п.).

Физико-механические свойства пород оказывают сущест­

сохраняет свою силу и в отношении углов рср и 7ср.

По мере увеличения угла падения а угол сдвижения рср убы­ вает и стремится к некоторому пределу f)cP.

Приведенные ниже фактические данные, относящиеся к слу­ чаю первичной подработки толщи, позволяют сделать сле­ дующие выводы:

1. Связь между углом сдвижения (Зср и углом падения а в по­ родах различной механической прочности выражена различно.

1©1

По мере перехода от месторождений, сложенных слабыми

Коэффициент к увеличивается с увеличением,крепости по­ род. Так, при 0 < а <45° к приблизительно равен для Че­ лябинского бассейна 0,5, для Кузбасса 0,8, для Донбасса 1.

По мере увеличения а коэффициент к сохраняет практи­ чески постоянную величину до некоторого предельного зна­ чения а — ап. После этого к убывает так, что рср уменьшается

незначительно или остается неизменным, равным (3£р.

2. При переходе от месторождений, сложенных крепкими породами (Донбасс), к месторождениям, сложенным весьма крепкими породами (Кизеловский бассейн), мы наблюдаем об­ ратное явление. Связь между рср и а ослабевает.

Выясним теперь зависимость углов сдвижения f от харак­ тера и угла падения пород.

Прежде чем перейти к этому вопросу, необходимо сделать ряд предварительных замечаний.

До настоящего времени из-за отсутствия фактических дан­ ных угол сдвижения ? чаще всего принимался одним и тем же, независимо от условий определения и применения его.

Лишь в проекте Правил охраны сооружений для Челябин­ ского бассейна в 1947 г. впервые было установлено различие между углами сдвижения у в висячем и лежачем боках пласта при крутом залегании. При этом угол сдвижения в лежачем боку был обозначен р2.

В 1950 г. подобная рекомендация была внесена в проект новых Правил охраны сооружений для Кузбасса, где угол, аналогичный р2, был обозначен через X.

Эти углы рекомендовалось применять при оконтуривании зоны влияния горных разработок первого (верхнего) горизонта, откладывая их от нижней границы очистного пространства.

Указанные дополнения, внесенные в Правила охраны со­ оружений для Донбасса и Кузбасса, нуждаются в дальнейшем уточнении. Кроме того, из-за отсутствия данных они пока не нашли соответствующего отражения в Правилах для ряда дру­ гих бассейнов и месторождений.

Следует отметить, что на угольных шахтах сдвижения гор­ ных пород лежачего бока при наклонном залегании не на­ блюдается, ввиду чего об угле сдвижения в лежачем боку можно говорить лишь в отношении крутопадающих пластов, при выемке угля с обрушением кровли.

102

Однако при пологом и наклонном залегании сдвижение пород в висячем боку по восстанию пласта происходит под различными углами

В тех случаях, когда выше разрабатываемого горизонта расположены старые очистные выработки (рис. 24), сдвижение

пород происходит в нарушенной толще и характеризуется более пологими углами у, чем в случаях, когда по восстанию пласта расположен неотработанный участок или целик значи­ тельных размеров. Выполаживание углов т будет иметь место также в условиях повторных подра­ боток толщи (при ведении очистных работ под толщей, нарушенной выра­ ботками вышележащего пласта).

В соответствии с этим следует раз­ личать:

1) Тин — угол сдвижения пород висячего бока со стороны восстания пласта в нарушенной толще (рис. 24);

2)7в — угол сдвижения пород ви­ сячего бока со стороны восстания пласта в ненарушенной толще (рис. 25);

3)Тл — угол сдвижения пород ле­

жачего бока при крутом залегании

103

Углы 7л изучены также недостаточно. В Правилах охраны сооружений для Челябинского бассейна и Кузбасса они. при­ нимаются равными 50°.

Полученные в процессе инструментальных наблюдений от­ дельные значения углов 7Л не позволяют судить о характере зависимости их от падения и мощности пласта. Не установ­ лена надежно и глубина разработок, при которой наблюдается сдвижение пород лежачего бока.

шахта № 12 .треста Зуевантрацнт): Г—кривая вертикальных сдвижений поверхности

В Правилах для Кузбасса эта глубина принимается рав­ ной 100 м. Между тем она несомненно зависит от мощности и угла падения пласта, способа управлений кровлей, крепо­ сти пород лежачего бока и мощности наносов, определяющих степень подбучивания выработанного пространства.

Касаясь зависимости углов 7в и 7„H от физико-механиче­ ских свойств и угла падения пород висячего бока, необходи­ мо отметить следующее:

1)углы сдвижения 7ВН существенно зависят от крепости пород. При прочих равных условиях они больше в крепких породах. В этом нас убеждают приводимые ниже данные на­ блюдений по различным бассейнам;

2)устойчивость висячего бока со стороны восстания пласта,

аследовательно, и угол 7ВН в какой-то мере зависят от угла падения пород и степени нарушенности их ранее произведен­ ными очистными работами.

При увеличении угла падения а появляется возможность сдвижения пород по плоскости напластования. В связи с этим

104

7вн становится равным а, и, наконец, при дальнейшем увели­ чении а сдвижение пород распространяется в лежачем боку пласта под углом *[л.

Данные, полученные в Донецком бассейне, не обнаруживают отчетливо выраженного убывания 7вн по мере возрастания а.

По другим бассейнам мы не имеем надежных материалов, позволяющих судить о характере связи между ?Ви и а. Мож­ но лишь предполагать, что в слабых породах эта связь выра­ жена более отчетливо, чем в крепких;

3)физико-механические свойства пород оказывают сущест­

кривой оседаний 4 лш/м, неравномерности наклонов и растяжения 2 .мм/м.

105

в условиях Донбасса при пологом и наклонном залегании мо­ жет достигать 30° и более. Отсутствие материалов не дает возможности судить о величине разности в других бассейнах. Можно лишь предполагать, что при прочих равных условиях она меньше на месторождениях, сложенных слабыми порода­ ми, при выемке угля под ранее подработанной толщей и при крутом залегании пластов.

Следовательно, использование при расчете целиков углов 7вн вместо 7в ведет к завышению размера целиков по падению пласта. Завышение особенно значительно при первичной под­ работке и наклонном залегании на месторождениях, сложен­ ных крепкими породами.

Зависимость углов сдвижения от физико-механических свойств горных пород, неопровержимо доказанная опытом,

ограничившись лишь рассмотрением величин и распределе­ нием сдвижений в случае горизонтального залегания.

Мощность пласта

Полученные до сих пор фактические данные не обнару­ живают сколько-нибудь существенной зависимости углов сдвижения от мощности пласта. В соответствии с этим в Пра­ вилах охраны сооружений для Донбасса, Кизеловского, Челя­ бинского, Карагандинского, Подмосковного и других бассей­ нов углы сдвижения рассматриваются как независящие от мощности пластов. И лишь в проекте новых Правил для Куз­ басса (1951 г.) при разработке верхних горизонтов мощных крутопадающих пластов (до глубины не более 100 м) рекомен­ дуется снижать углы р и f на 10° для сооружений I и II кате­ горий.

Следует указать, что эта рекомендация недостаточно под­ креплена фактическими данными и, кроме того, относится к случаю, когда выполаживание углов может быть объяснено влиянием провалов, а также наличием наносов и слабых по­ род зоны выветривания.

103

1) увеличение глубины ведет к изменению долевого участ­ ка в надугольной толще, наносов и слабых пород зоны вывет­ ривания. Это вызывает увеличение углов;

2) увеличение глубины вызывает выполаживание мульды и уменьшение деформаций. Поэтому точки проявления критиче­ ских деформаций (растяжений, наклонов, изменения наклонов) по мере увеличения глубины разработок перемещаются от края мульды к точке перегиба кривой оседаний, что также ведет к увеличению углов сдвижения.

Это увеличение, в общем незначительное (порядка 5°), отмечено К. В. Стрельниковой при анализе наблюдений в Кизеловском бассейне и А. Н. Медянцевым в Карагандинском бассейне.

Гидрогеологические условия

Выше мы отметили влияние плывунов, изменения мерзлот­ ного режима и дренирования пород на характер сдвижения поверхности. Все эти факторы вызывают появление региональ­ ных оседаний поверхности, непосредственно не связанных с прогибом пород над горными выработками. Они являются причиной образования сильно вытянутых мульд с пологими углами оседания. При определении углов по критическим де­ формациям выполаживание углов получается менее значи­ тельное.

Совершенно очевидно, что обводненность может вызывать заметное выполаживание углов сдвижения в слабых глинистых или в рыхлых отложениях (наносах). В крепких породах та­ кое явление отсутствует, так как обводнение не вызывает резкого изменения физико-механических свойств пород.

108