книги / Сдвижение земной поверхности под влиянием горных разработок

В свою очередь

где Ki, К2 — уменьшение длины мульды (при переходе от глу­ бины И к глубине Я к) в главных сечениях по простиранию и вкрест простирания соответственно.

Рис. 35. К определению затухания оседаний при выемке наклонно залегающего пласта

Из рис. 34 (разрез по простиранию) и рис. 35 (разрез вкрест простирания) имеем:

обозначив:

d = 1-{- 2 Ск ctg 8;

— £> » /7 = 2 ctg 8,

Разделив числитель и знаменатель выражения (76) на L и обозначив

С ~ L »

171

получим

1 + C«Ctg(a + р) + CK Ctg{Y — а)

L'pj Upi, L0, Lt — размеры мульд прогиба слоев, отстоящих от

Третий случай является наиболее распространенным, так как на практике размеры очистной выработки по простиранию пласта, как правило, значительны и превышают глубину раз­ работок.

Приведенные выше формулы для /Ci и /С2 могут быть пре­ образованы применительно к условиям отдельных бассейнов путем подстановки числовых значений углов сдвижения и Ск. Так, М. А. Кузнецов, основываясь на данных наблюдений в

172

Кемеровском районе Кузбасса для условий пологого залегания получил

ров краев мульд Lp0, Lp., L0 и L. на разрезах по простиранию

вносит существенных искажений в результаты подсчетов лишь при пологом и наклонном залегании.

Коэффициент Ск должен быть заранее определен по ’дан­ ным фактических наблюдений применительно к месторожде­ ниям отдельных типов.

Следует иметь в виду, что высота зоны максимальных

рождений отдельных типов определяется также и qQ— вели­ чина относительного наибольшего оседания при образовании тарелкообразной мульды в обоих главных сечениях.

При определении q0 и относительной величины наиболь­ шего оседания q для заданной глубины разработки можно поступать по-разному:

Для отдельно взятых месторождений q0 вследствие измен­ чивости условий не является величиной абсолютно устойчи­ вой. Поэтому ее следует задавать в виде средних значений с указанием предела колебаний.

Согласно предварительным данным, оседание q0 при поло­ гом залегании достигает:

1)на месторождениях I группы (сложенных слабыми по­ родами) 0,8—0,9;

2)на месторождениях II группы (сложенных породами средней крепости) 0,6—0,8;

173

3) на месторождениях III группы (сложенных крепкими по­ родами) 0,5—0,7;

А) на месторождениях, сложенных весьма крепкими порода­ ми (Кизеловский бассейн), 0,3—0,4.

При вторичной подработке величина оседания д0 увеличи­ вается в 2—3 раза на месторождениях, сложенных весьма крепкими породами, и на 10—20% на прочих месторожде­ ниях.

Расчет оседаний и деформаций представляет сложную зада­ чу, успешное решение которой требует умелого и вниматель­

ного отношения к фактическим данным при получении пара­ метров расчетных формул.

Важным является также разграничение местных и общих деформаций. Для пояснения этого рассмотрим следующий при­ мер. Пусть разработка некоторого пласта производится с по­ степенным перемещением очистных выработок с верхних на нижние горизонты (рис. 36).

Пользуясь углами сдвижения и величинами наибольших оседаний, мы сможем с некоторым приближением построить

отвечающую полному смещению поверхности после выемки ряда горизонтов.

Проведем из точки А линию AD под углем сдвижения f.

174

После выемки угля на всех горизонтах выше точки D уча­ сток поверхности АЕ получит полное оседание. На этом уча­ стке суммарная кривая будет характеризовать наибольшие величины полных оседаний T Q, которые близки к величине

наибольшего местного оседания ?]0 при условии развития та­ релкообразной мульды.

Разграничение местных и общих сдвижений совершенно необходимо, так как вторые, в отличие от первых, мало за­ висят от глубины горных разработок, характера пород и раз­ меров выемочных участков.

Изучая данные фактических наблюдений, мы часто кон­ статируем различие сседаний, не отдавая себе отчета в том, являются ли они местными, вызванными разработкой отдель­ ных выемочных участков, или результирующими, получивши­ мися в условиях сдвижения значительных площадей.

Длительность местных сдвижений определяется сроком формирования мульды сдвижений от разработок одного гори­ зонта, тогда как длительность общих сдвижений связана с влиянием горных разработок ряда горизонтов (или выемочных участков).

Игнорирование этого обстоятельства может привести к ошибкам как при обработке наблюдений, так и при определе­ нии продолжительности деформаций на интересующем нас участке земной поверхности.

Различие между местными и общими деформациями необ­ ходимо делать также при предрасчете наклонов, кривизны кривой оседаний, сжатий, растяжений и т. п.

Мы вынуждены учитывать как конечные деформации, со­ ответствующие кривой общих сдвижений, так и периодиче­ ские деформации, проявляющиеся на одном и том же участке при разработке смежных горизонтов.

Такой подход к решению задачи является неизбежным по следующим причинам:

1) общие деформации, образующиеся в результате алге­ браического сложения местных деформаций, по числовой ве­ личине могут находиться в различных соотношениях с послед­ ними. В большинстве случаев общие деформации (особенно в средней части подработанной площади) меньше местных де­ формаций;

2)определение частных (промежуточных) деформаций по общим (конечным) невозможно. Наоборот, зная частные дефор­ мации, мы всегда можем определить общие как сумму частных деформаций;

3)частные и общие деформация протекают в различные

периоды времени. Последнее обстоятельство имеет решающее значение при выемке угля под железными дорогами и други­ ми объектами, накопление деформаций в которых в течение

175

длительного времени не исключает возможности успешной их подработки.

Таким образом, единственно правильным путем расчета является такой путь, при котором прежде всего учитываются величины, последовательность проявления и время протекания местных деформаций, а конечные деформации получаются суммированием местных.

Этот путь неизбежен не только при изучении деформаций, связанных с выемкой смежных горизонтов или участков, но также и при предрасчете деформаций, вызываемых горными разработками нескольких пластов.

§ 9. О БЕЗОПАСНОЙ ГЛУБИНЕ РАЗРАБОТОК

Прежде всего йоясним смысл безопасной глубины. Для этого обратимся к рис. 37, где представлен вертикальный раз­ рез толщи пород по линии, параллельной забою очистной выработки при горизонтальном залегании пласта.

Рис. 37. Затухание деформаций при увеличении глубины разработок

На этом рисунке в крупном масштабе изображены кривые оседаний /, растяжений 2 и наклонов 3 на горизонтах ВВ и

DD. Расстояния указанных горизонтов от пласта соответственно обозначены Нх и Н2.

Пусть наибольшее оседание на горизонте ВВ равног т|0, а на горизонте DD—r{Q. Как было показано выше, в области ча­

шеобразных МУЛЬД < Т)0.

176

Размер L"2 края мульды на горизонте DD равен

Для тарелкообразных мульд L" возрастает пропорционально глубине. Для чашеобразных мульд это возрастание более медленное.

Уменьшение наибольшего оседания и увеличение размера края мульды по мере возрастания глубины ведет к выполаживанию кривых 2, 3 и уменьшению деформаций.

Так, например, максимальное значение наклона в точке пе­ региба кривой оседаний

уменьшению оседания, сколько увеличению размера края мульды.

В настоящее время, ввиду слабой изученности функцио­ нальной зависимости между величинами деформаций и факто­ рами, их определяющими в различных условиях залегания, безопасные глубины задаются в виде так называемых коэф­

ными глубине разработки и прямо пропорциональными мощно­ сти пласта.

Такой способ задания безопасной глубины следует рассмат­ ривать как первое приближение. Фактически появление дефор­ маций, безопасных для охраняемых сооружений, зависит от глубины разработки, размера выработки и наибольшего осе­ дания т)0.

Однако величина наибольшего оседания и размер выра­ ботки связаны прямой зависимостью. Кроме того, на уголь­ ных шахтах, как правило, горные работы'имеют большое раз­ витие по площади.

При таких условиях влияние размеров выработки незна­ чительно и игнорирование его при определении коэффициен­ тов безопасности не имеет решающего значения.

Что же касается наибольшего оседания, то оно далеко не всегда пропорционально мощности т и, например, в До­ нецком бассейне колеблется в пределах от 0,25 — 0,3 т до 0,8 т.

Значительные колебания % обусловливают приближенный характер задаваемых безопасных глубин и различную степень повреждения сооружений при подработке их на одной и той же глубине, при одинаковой мощности пласта.

Задание коэффициентов безопасности в виде соотношения (19) неудобно еще в том отношении, что оно не может быть распространено на случаи разработок с закладкой. Так, для шахт треста Ленинградсланец при вынимаемой мощности пла­ ста около 2 м и глубине разработок 80—130 м кратность К колеблется в пределах 40—65. На самом деле это К нельзя брать в расчет при сопоставлении с коэффициентом безопас­ ности Донецкого бассейна.

Вследствие выкладки бутовых полос на сланцевых шахтах оседание поверхности не превышает 0,50—0,53 м, что в обычных условиях Донбасса соответствует выемке пласта мощностью в 1 м. Следовательно, сравнимая с условиями Донбасса вели­

пасной глубины не к мощности пласта, а к величине наиболь­ шего оседания т;0, т. е.

вались, исходя из опыта подработки сооружений, и косвенно, путем сравнения деформаций земной поверхности при различ­ ных глубинах разработки с деформациями, допустимыми для сооружений той или иной категории охраны.

Второй путь использовался при задании безопасных глубин для сооружений I и отчасти II категорий, случаи подработки которых крайне редки или совершенно отсутствуют.

178

ны недостаточно и нуждаются в уточнении. В Кизеловском бассейне безопасные глубины также обоснованы недостаточно, так как имевшиеся здесь случаи подработки различных объектов крайне ограничены [58].

Аналогичное положение имеет место в Кузбассе, где имеет­ ся незначительный опыт подработки главным образом двух­

по аналогии с Карагандинским бассейном, ввиду чего они также

зависимости этих глубин от конфигураций, размеров и конструк­ тивных особенностей зданий. Сюда же следует отнести значи­ тельное колебание деформаций земной поверхности при одних и тех же значениях кратности, недостаточную изученность связи деформаций с факторами, их определяющими, и т. д.

Указанные обстоятельства заставляют относиться к реко­ мендуемым значениям безопасных глубин как к приближен­ ным величинам, гарантирующим лишь от появления в зданиях опасных деформаций, вызывающих значительные разрушения.

Более точное решение вопроса о возможности подработки тех или иных ответственных сооружений может быть дано на основе предварительного расчета сдвижений.

В настоящее время по различным бассейнам накоплен зна­ чительный опыт подработки сооружений и водных объектов, позволяющий судить о безопасных глубинах. Ниже приводят­

дома, школы, клубы, больницы и т. п.) в Д о н б а с с е . В § 2 были упомянуты материалы, использованные при назначении безопасных глубин в ныне действующих Правилах для Дон­ басса. Следует указать, что эти материалы оказались недостаточ­ ны для обоснования классификации сооружений и безопасных глубин, особенно в отношении объектов I и II категорий ох­ раны, так как имевшиеся случаи подработки относились глав­ ным образом к сооружениям IV, III и отчасти II категорий охраны.

ре IV, четыре III и пять II категорий.

В большинстве случаев разрушения и сильные деформации зданий объяснялись подработкой их на глубине, меньшей до­ пускаемой Правилами. Так, из 8 случаев сильной деформации

ющем большинстве случаев гарантируют от значительных де­ формаций;

2) наблюдающиеся деформации имеют различную степень интенсивности, что объясняется не только колебанием число­ вых значений деформаций грунта при одной и той же кратности К,

Наряду с этим отмечены случаи появления разрушительных деформаций при глубине разработок больше допускаемой Пра­ вилами.

лям, требования охраны которых усилены в Правилах, исходя из назначения, а не сложности и этажности этих зданий. Под­ работка многоэтажных зданий II категории связана со значи­ тельно большим риском, что требует повышения безопасной глубины, регламентируемой Правилами. На необходимость этого указывает, в частности, большой разрыв между число­ выми значениями коэффициентов безопасности для сооруже­ ний I и II категорий в Правилах.

В 1951 г. Донецкий филиал ВНИМИ выполнил работу по составлению более дифференцированной классификации охра­ няемых сооружений, с некоторым увеличением коэффициентов

180