книги / Сдвижение земной поверхности под влиянием горных разработок

В отличие от этого углы 7, заимствованные из ныне дей­ ствующих Правил охраны сооружений для отдельных бассей­ нов, обоснованы недостаточно и должны быть прокорректи­ рованы по мере уточнения указанных Правил.

Рассматриваемая классификация может быть использована: 1) при выборе углов сдвижения для расчета охранных целиков на разрабатываемых месторождениях с неизученным характером сдвижения горных пород, а также на новых место­ рождениях (в период проектирования шахт). До сих пор в указанных условиях, в соответствии с рекомендацией Правил технической эксплуатации шахт, расчет целиков производился по аналогии с другими более или менее изученными место­

рождениями.

Однако никаких указаний по выбору месторождений-ана­ логов не существовало, что часто приводило к непра­ вильному выбору параметров для расчета охранных целиков;

2)при проектировании наблюдательных станций;

3)для обоснования расчета целиков при наличии отрывоч­ ных данных об углах сдвижения р, не охватывающих всего диапазона изменения углов падения пластов;

4)при определении и задании различных параметров для предрасчета сдвижений.

При проектировании шахт во вновь осваиваемых районах определение типа месторождений производится на основе геоло­ гической характеристики и оценки крепости пород. При этом крепость пород оценивается по средневзвешенным значениям буримости, временного сопротивления пород сжатию или коэффициентов шкалы Протодьяконова.

Вкачестве весов при вычислении средневзвешенных зна­ чений принимается процентное участие главнейших пород в разрезе покрывающей толщи.

Наиболее надежными признаками, характеризующими кре­ пость пород, являются результаты лабораторного определения

временного сопротивления пород сжатию (на образцах, при­ готовленных в форме кубиков или цилиндров 5 x 5 см).

При выборе параметров для расчета целиков на разрабаты­ ваемых месторождениях с неизученным характером сдвижения горных пород отнесение месторождений к тому или иному типу по классификации необходимо производить, исходя из совокупности всех трех признаков. В последнем случае пред­ почтение следует отдавать наиболее точному признаку — вели­ чине угла 8, определяемой работниками маркшейдерской службы по данным кратковременных или выборочных наблюдений. В районах, имеющих перспективное значение, выбранные таким образом параметры для расчета целиков впоследствии должны уточняться путем постановки длительных наблюдений.

В целях гарантии сохранности сооружений для расчета целиков принимаются минимальные углы из числа выбранных1

по различным признакам. При выборе углов только по одному из признаков углы снижаются путем отнесения того или иного месторождения к соседнему типу с более пологими углами сдвижения.

§ 8. ВЕЛИЧИНА ОСЕДАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ

Выше были приведены кривые распределения оседаний в мульдё сдвижений при выемке горизонтальных, пологопадаю­ щих, наклонных и крутопадающих пластов.

С точки зрения количественной характеристики деформаций поверхности значительный интерес представляет величина наи­ большего оседания т)0,

От этой величины зависят:

1) средние и максимальные наклоны кривой оседаний, свя­ занные прямой зависимостью с т)0 и обратной — с размером края мульды L'\

2) наибольшие горизонтальные сдвижения и деформации при горизонтальном и пологом залегании пластов;

3) наибольшие горизонтальные сдвижения и деформации в случае наклонного и крутого залегания при прочих равных условиях |(при одном и том же угле падения и одинаковой мощности наносов).

Вид функциональных связей указанных деформаций с опре­ деляющими их факторами в настоящее время надежно не

установлен. В первом приближении их связывают с > ]f>

р и т. д. (где т — мощность пласта, И — глубина разработок).

Как указывалось выше, наибольшее оседание приурочено к определенному участку мульды, положение которого зависит от угла падения пласта. В случае образования провалов под величиной т)„ понимается наибольшее оседание в мульде, исключая зону провала.

Величина T 0 зависит от следующих факторов:

1)характера (крепости) пород надугольной толщи;

2)вынимаемой мощности пласта;

3)угла падения;

4)глубины разработок;

5)формы и размеров выработанного участка;

6)способа управления кровлей;

7)полноты выемки;

8)степени нарушенности пород.

При прочих равных условиях величина оседания при креп­ ких породах меньше, чем при слабых. Это объясняется раз­ личной „жесткостью" прогибающихся слоев и вытекающей отсюда различной степенью зависания пород при прогибе.

Так, например, в Челябинском бассейне (табл. 60) при малых глубинах разработки, при пологом залегании величина

162

наибольшего оседания в среднем достигает 0,8—0,9 т {т — вынимаемая мощность пласта). В Кузнецком и Карагандинском бассейнах она меньше (табл. 61, 62). Примерно такой же ве­ личины (0,75 т) она достигает в Черемховском бассейне. В

1)с увеличением мощности увеличивается прогиб слоев толщи над зоной беспорядочного обрушения пород, что ведет

кувеличению величины оседания;

2)происходит более интенсивное разрушение прогибаю­ щихся пород и увеличивается высота зоны наибольших осе­

даний (рис. 2). Это также ведет к увеличению т]0. Практически величину наибольшего оседания при прочих равных условиях можно считать пропорциональной вынимаемой мощности.

Угол падения оказывает существенное влияние на величину оседаний поверхности. Вследствие прогиба слоев толщи в направлении, близком к нормали к напластованию, увеличение угла падения вызывает уменьшение вертикальной составляю­ щей сдвижений. При негоризонтальном залегании пласта (см. рис. 14)

где т]0— наибольшее оседание (наибольшая вертикальная со­ ставляющая сдвижения);

%— вектор наибольшего смещения перпендикулярно на­ пластованию (на контакте коренных пород с нано­ сами);

а— угол падения пласта.

Соотношение (3) справедливо для широкого диапазона изменения а (исключая-падение, близкое к вертикальному).

В табл. 63—64 в качестве примера приводятся величины наибольших оседаний по данным наблюдений в Карагандинском (наклонное и крутое залегание) и Кузнецком (крутое зале­ гание) бассейнах. Из табл. 64 следует, что при выемке круто­ падающих пластов без образования провалов (при глубине разработки 140 м и более) величины оседаний несколько больше, чем в условиях образования провалов.

Это явление объясняется подбучиванием кровли пласта за счет перепуска породы и наносов.

Форма выработанного пространства и полнота выемки опре­ деляют степень развития мульды сдвижений, влияя тем самым и на величину оседаний поверхности. При сложной конфигу­ рации выработанного пространства и при оставлении в очиспюм пространстве большого числа целиков величина оседаний уменьшается.

Таблица 60

Наибольшие оседания поверхности по данным наблюдений в Челябинском бассейне

(по данным И. А. Петухова)

Т а б л и ц а 61

Наибольшие величины оседаний поверхности при пологом и наклонном падении пластов

(Кузбасс, по данным Е. В. Куняева)

Т р е с т Ле- л и н у г о л ь

164

Наибольшие оседания поверхности при пологом залегании пластов

(Карагандинский бассейн, по данным А. Н. Медянцева)

165

Продолжение табл. 62

Т а б л и ц а 63

Наибольшее оседание поверхности при наклонном и крутом залегании пластов

(Карагандинский бассейн, по данным А. Н. Медянцева)

Т а б л и ц а 64

Наибольшие оседания поверхности при выемке крутопадающих пластов с обрушением кровли в Прокопьевско-Киселевском районе

(по данным Е. В. Кунаева)

при отсутствии провала до границы мульды в сторону восстания).

В таком же направлении действуют увеличение глубины разработок и уменьшение размеров выработки, вызывающие неполное развитие мульды.

Способ управления кровлей оказывает существенное влия­ ние на величину наибольшего оседания т]0.

При закладке выработанного пространства материалом, доставляемым извне, величина прогиба слоев толщи опреде­ ляется наличием незаложенных пустот и степенью уплотнения закладочного массива. В соответствии с этим уменьшается и величина оседаний поверхности. По данным Е. В. Куняева, основанным на литературных источниках и материалах наблю­ дений в Прокопьевском районе, уплотнение слоя закладки может достигать (по отношению к толщине слоя): 1) при

167

гидравлической закладке 5%; 2) присухой механической 10%; 3) при ручной 30%.

Частичная закладка породой, полученной из бутовых штре­ ков или прослойков, ведет к уменьшению оседаний лишь при наличии крепких пород в непосредственной кровле пласта.

В этом случае оседание основной кровли происходит не на всю мощность пласта, а на величину уплотнения бутовых полос.

Подтверждением этого могут служить наблюдения на шах­ те „А“ треста Ленинуголь в Кузбассе (см. табл. 61), а также

зывать заметное влияние на величину оседаний и деформаций поверхности.

М. В. Коротков в 1951 г. проанализировал 28 случаев под­ работки зданий в Донбассе с частичной закладкой и 16 слу­ чаев с обрушением кровли. В результате он пришел к выво­ ду, что применение частичной закладки при прочих равных условиях не улучшает условий подработки зданий.

Совершенно очевидно, что такой вывод нельзя считать справедливым для всех условий.

Значительное влияние на величину наибольшего оседания т]„ оказывает также степень нарушенности пород ранее про­ изведенными подработками. Величина оседания при повторных подработках увеличивается, что может быть объяснено более интенсивным разрушением и уменьшением „жесткости“ про­ гибающихся слоев толщи. Характерным является значительное увеличение оседаний при повторной подработке на месторож­ дениях, сложенных крепкими породами. Так, в Карагандинском бассейне увеличение оседаний не превышает 10—20% мощ­ ности пласта, тогда как в Кизеловском бассейне оно значительно

время отсутствуют надежные способы такого предрасчета.

168

В некоторых случаях (например, в Донбассе) величину осе­ дания задают в виде средней цифры, полученной из обработ­ ки наблюдений. Такой способ нельзя признать совершенным, так как колебания оседаний, обусловленные влиянием раз­ личных факторов, могут достигать ±60% среднего значения.

А. Н. Медянцевым в 1950 г. была предложена формула для определения величины ч]0 в зависимости от мощности пласта, глубины разработки, длины забоя лавы, а также доли участия (удельный вес) песчаников, сланцев и мезозойских пород в надугольной толще.

Однако по своей структуре эта формула не увязана с фи­ зической стороной явления и поэтому не может быть призна­

где т — мощность пласта;

Н— глубина разработок;

а— коэффициент (принимается равным от 22 до 25).

Недостатки этой формулы также вполне очевидны. Она не

всегда достигает цели. Оно требует предварительной организа­ ции наблюдений в интересующих нас условиях, что возмож­ но на действующих горных предприятиях и исключено в пе­ риод проектирования и строительства шахт.

Мы не можем рассчитывать оседания и чисто теоретическим путем, пользуясь структурными и физико-механическими кон­ стантами массива.

Наиболее реальным, при определенных условиях, является способ определения т)0, основанный на постоянстве объемов мульд оседаний (предложен автором в начале 1951 г.).

В§ 1 мы указали на возможность прогиба слоев толщи в форме тарелкообразной или чашеобразной мульды.

Впервом случае тарелкообразная форма прогиба по мере увеличения расстояния Н до кровли пласта при некотором критическом значении этого расстояния Нк (рис. 34) принимает чашеобразную форму.

169

Если исходить из постоянства объемов мульд, образующих­ ся в различных слоях толщи, то можно сделать следующие выводы:

кообразную форму) увеличение площади мульды при возрас­ тании И компенсируется пропор­ циональным сокращением ее дна, ввиду чего т]0 практически остается постоянным;

и глубины разработки (т. е. при условии развития тарелкооб­ разных мульд в обоих главных сечениях). Затем определяется затухание оседаний при увеличении глубины разработок, когда ограниченные размеры выработки не обеспечивают полного

т — вынимаемая полезная мощность пласта^;

q0— относительная величина наибольшего оседания при условии развития тарелкообразных мульд в обоих главных сечениях (при Н ^ Нк).

170