книги / Сдвижение земной поверхности под влиянием горных разработок

оседаний, могущих вредно повлиять на поверхностные сооруже­ ния и источники, расстояние между границами охраняемых по­ верхностей и ближайшими к ним границами подземных выработок в горизонтальной проекции не должно быть менее глубиныпоследних

Для большей безопасности к этому расстоянию рекомендо­ валось добавлять на поверхности еще до 50 сажен. Таким образом, Инструкция рекомендовала расчет целиков произво­ дить по углам сдвижения, равным 45°, с предохранительной бермой до 100 м.

Подобные рекомендации вели к необычайно высоким поте­ рям в целиках и создавали значительные трудности в развитии горных работ. Недостатки таких рекомендаций выступали осо­ бенно отчетливо по мере увеличения глубины разработок.

Проф. П. М. Леонтовский предпринял попытку обосновать выбор углов сдвижения для расчета охранных целиков на угольных шахтах Донбасса. Предложение П. М. Леонтовского основывалось на принятой им гипотезе сдвижения горных по­ род и не было подкреплено данными фактических наблюдений.

Акционерные кампании и общества, в руках которых на­ ходились шахты Донбасса, не были заинтересованы в прове­ дении работ и неизменно отказывали в отпуске необходимых средств.

Такое положение привело к тому, что до Октябрьской ре­ волюции горная промышленность России не имела сколько-ни­

12

будь обоснованных собственных правил охраны сооружений от вредного влияния, горных разработок.

Восстановление и бурное развитие горной промышленности в послеоктябрьский период потребовало решения этого воп­ роса.

В 1923 г. ВСНХ СССР утверждает разработанные при уча­ стии проф. П. М. Леонтовского „Временные правила оставле­ ния предохранительных целиков под охраняемыми зданиями

исооружениями на рудниках Донбасса".

В1927 г. эти Правила были переработаны проф. И. М. Бахуриным по заданию НТС Главгортопа и с некоторыми изме­ нениями и дополнениями применялись вплоть до 1939 г.

Как оказалось впоследствии Правила 1923—1927 гг. далеко не отвечали своему назначению. Их недостаточная обоснован­ ность была очевидна и при их составлении, в связи с чем научно-технические органы СССР по инициативе крупнейшего

представителя отечественной маркшейдерской науки проф. И. М. Бахурина организовали первые инструментальные на­ блюдения за сдвижением горных пород.

Сначала наблюдения ставились в небольших масштабах в Донецком бассейне и Кузбассе отдельными маркшейдерами и горными органами ВСНХ.

Большую роль в этом вопросе сыграли утвержденные в 1929 г. ВСНХ СССР „Основные правила маркшейдерского дела и маркшейдерского контроля", обязывавшие горнопро­ мышленные предприятия вести систематические наблюдения за сдвижением горных пород. „Основные правила" были реко­ мендованы Всесоюзной маркшейдерской конференцией (1929 г.), выделившей из своего состава постоянную маркшейдерскую комиссию при НТС каменноугольной и горнорудной промыш­ ленности.

По инициативе и под руководством постоянной маркшей­ дерской комиссии геолого-маркшейдерский подотдел Донугля в 1929 г. впервые приступил к проведению систематических наблюдений за сдвижением земной поверхности на шахтах Донбасса.

В 1932 г. работы, начатые Донуглем, перешли в ведение вновь организованного в системе НИС НКТП Центрального научно-исследовательского маркшейдерского бюро (ЦНИМБ).

ЦНИМБ был создан в Ленинграде в ноябре 1932 г. в со­ ответствии с решениями 1-го Всесоюзного маркшейдерского съезда (1932 г.) и 2-й Всесоюзной конференции по планиро­ ванию научно-исследовательских работ в тяжелой промышлен­ ности.

ЦНИМБ явился первым и единственным в своем роде научным учреждением, призванным развернуть и проводить научно-исследовательские работы в области маркшейдерского дела.

13

Организация ЦНИМБ способствовала широкому разверты­ ванию наблюдений за сдвижением земной поверхности и гор­ ных пород.

Наблюдения проводились в различных горнопромышленных районах выездными бригадами ЦНИМБ и его отделениями (Харьковским, Днепропетровским, Московским, Западно-Си­ бирским).

В 1934 г. создается Уральское (Свердловское) отделение ЦНИМБ, а в 1943 г. — Казахское отделение в Караганде.

На эти отделения возлагается задача изучения сдвижений горных пород и поверхности в Кизеловском, Челябинском и Карагандинском бассейнах. Начало систематических наблюде­ ний в Кизеловском и Карагандинском бассейнах относится к 1934 г., а в Челябинском—к 1935 г. Несколько раньше (в 1932 г.) поставлены первые наблюдения в Подмосковном бассейне. В Кузбассе начало наблюдений относится к 1928 г. В 1939 г. были начаты наблюдения на Черемховском угольном место­ рождении.

В июле 1945 г. ЦНИМБ был реорганизован во Всесоюзный научно-исследовательский маркшейдерский институт (ВНИМИ) с филиалами в Москве, Свердловске, Сталино, Караганде и Прокопьевске. В составе ВНИМИ наряду с другими отделами создается отдел сдвижения горных пород.

Организация ВНИМИ способствовала дальнейшему расши­ рению объема инструментальных наблюдений, особенно в Дон­ бассе, Кузбассе, Карагандинском, Челябинском и Кизеловском бассейнах.

Одновременно с ЦНИМБ (и ВНИМИ) наблюдения за сдви­ жением горных пород проводили в различное время и на' раз­ личных месторождениях маркшейдерьт-производственники, ка­ федры маркшейдерского дела горных вузов, органы горнотех­ нической инспекции и Союзмаркштрест.

В отличие от перечисленных выше бассейнов и месторож­ дений, на ряде других угольных и сланцевых месторождений наблюдения ставились в более ограниченных объемах. Так, в. 1934—1936 гг. ЦНИМБ проводил наблюдения на Гдовском сланцевом месторождении. В 1951 г. эти наблюдения были возобновлены Союзмаркштрестом. В 1937 г. силами ЦНИМБ были начаты наблюдения на Букачачинском угольном место­ рождении. К сожалению, начатые здесь работы в после­ дующие годы не получили развития и не были доведены до конца.

Небольшие по объему наблюдения проведены ВНИМИ на шахтах Эстонского месторождения горючих сланцев (1945 г.).

Несколько позже (в 1948—1949 гг.) Союзмаркштрестом были, заложены наблюдательные станции на Ткварчельском угольном Meci орождении. С 1950 г. здесь проводятся систематические инструментальные наблюдения силами ВНИМИ.

14

В 1949—1951 гг. Союзмаркштрест проводил наблюдения на шахтах № 3 „Байдаковской", № 1 „Христофоровской" и № 4 „Юрковской*1 (комбинат Украинуглестрой), а в 1950 г. на шах­ тах комбината Эстонсланец.

В небольших объемах были проведены наблюдения на угольных месторождениях Средней Азии. Здесь в 1935—1936 гг. Гормаркбюро заложены две наблюдательные станции на Сулюктинском месторождении, а в 1944—1946 гг. силами местных маркшейдеров были организованы наблюдения на Ангренском месторождении.

Помимо этого, в 1947—1949 гг. на некоторых угольных месторождениях Средней Азии ВНИМИ проводились наблю­

В1948—1949 гг. на этих месторождениях ВНИМИ прове­ дены небольшие по объему частотные (кратковременные) наб­ людения и собраны материалы для обоснования рекомендаций по расчету охранных целиков.

В1951 г. здесь начаты наблюдения на новых наблюдатель­ ных станциях силами Союзмаркштреста. Результаты инстру­ ментальных наблюдений на первом этапе обобщались в виде Правил охраны сооружений от вредного влияния горных разработок.

Наличие разнообразных геологических и горноэксплуата­

ционных условий, а также непрерывное изменение этих усло­ вий по мере развития горных работ исключали возможность составления окончательных и исчерпывающих Правил охраны сооружений.

Правила охраны сооружений, разрабатывавшиеся для отдель­ ных месторождений и бассейнов, отражали изученность вопро­

в1939 г.);

2)Правила для Кузбасса (изданы в 1940 г.);

15

3) проект Правил для шахт Воркутского угольного место­ рождения (1946 г.);

4)Правила для Карагандинского бассейна (изданы в 1949 г.);

5)изменения и дополнения к Правилам 1939 г. для Дон­

басса (изданы в 1949 г.);

6)Правила для Челябинского буроугольного бассейна и Буланашского месторождения (изданы в 1950 г.);

7)Правила для Кизеловского бассейна (изданы в 1950 г.);

8)Правила для Черемховского угольного месторождения (изданы в 1951 г.);

9)Указания по охране сооружений от вредного влияния подземных разработок на угольных месторождениях Средней Азии (изданы в 1951 г.);

10)Указания по охране сооружений от вредного влияния

подземных разработок на шахтах комбинатов Приморскуголь

иХабаровскуголь (изданы в 1951 г.);

11)Указания по охране сооружений от вредного влияния подземных разработок на угольных и сланцевых месторожде­ ниях с неизученным характером сдвижения горных пород (изданы в 1951 г.).

В1950 г. разработаны новые, дополненные и исправленные на основе наблюдений последних лет, Правила для Подмос­

ковного бассейна, а в 1951 г.—для Донбасса и Кузбасса. Союзмаркштрестом на основе проведенных работ разработаны ре­ комендации по расчету охранных целиков на шахтах комби­ ната Эстонсланец и треста Ленинградсланец.

Приведенный перечень Правил и Указаний свидетельствует об исключительно больших масштабах и значительных резуль­ татах инструментальных наблюдений, проведенных в ряде

венных зданий, под водопроводами, нефтепроводами, желез­ ными дорогами (Горловка, Никитовка) и т. д.

В 1950 г. на основе наблюдений, проведенных выездной бригадой ВНИМИ, на шахтах комбината Ростовуголь реко­ мендована выемка ряда целиков, в том числе под магистраль­ ной железной дорогой (шахта им. Фрунзе).

Наблюдения Уральского филиала ЦНИМБ—ВНИМИ позво­ лили в 1945—1946 гг. дать ответ на вопрос о возможности выемки угля под Пермской железной дорогой, бункерами и

16

электроподстанцией на шахте имени Сталина в Кизеловском бассейне.

В Карагандинском бассейне проведенные наблюдения поз­ волили упорядочить охрану сооружений от вредного влияния горных разработок, рекомендовать выемку целиков под целым рядом сооружений в старом городе Караганды и наметить наиболее целесообразное размещение строительных площадок Нового города.

Аналогичные рекомендации были даны по Кузбассу (Прокопьевский, Ленинский, Беловский и другие районы).

ВЧелябинском бассейне благодаря рекомендациям Ураль­ ского филиала ВНИМИ извлечено большое количество запасов угля из-под подъездных железнодорожных веток.

ВПодмосковном бассейне наолюдення ЦНИМБ—ВНИМИ позволили выяснить возможность и условия подработки подъезд­ ных железнодорожных веток, парков, балок и небольших жилых домов. Все это содействовало значительному снижению потерь угля в охранных целиках.

С1949 г. ВНИМИ по предложению автора стал практи­ ковать посылку в угольные бассейны бригад научных сотруд­ ников с целью обследования шахт отдельных комбинатов и трестов. Основной задачей этих бригад являлась разработка мероприятий по снижению потерь угля в охранных целиках. Особое внимание обращалось на правильность расчета и обос­ нованность оставления целиков в свете новых данных по вопросам сдвижения горных пород. Одновременно ставились специальные наблюдения, уточняющие возможность выемки целиков под теми или иными объектами. Экономический эф­ фект таких обследований оказался весьма значительным.

На основе предложений ВНИМИ производственными орга­ низациями принят ряд решений о выемке или сокращении размеров ранее, оставленных целиков.

В1951 г. ВНИМИ даны новые предложения по выемке значительных (около 10 млн. т) запасов угля под сооруже­ ниями и водоемами на шахтах комбинатов Кемеровуголь, Кузбассуголь, Карагандауголь, Молотовуголь и Ростовуголь.

Инструментальные наблюдения, проведенные в период с 1928 по 1935 г., позволили осветить ряд неизученных вопро­ сов сдвижения горных пород и предпринять первые попытки создания методов предрасчета сдвижений. Работы в этом на­ правлении были начаты проф. С. Г. Авершиным в 1935 -1936 гг.

Впоследние годы они продолжались параллельно с инстру­ ментальными наблюдениями.

Впериод 1945-- 1951 гг. в выполнении этих работ участво­ вали специалисты-математики (В. В. Соколовский, Н. А. Ко-

создания теории сдвижения горных пород и основанного на ней метода предрасчета сдвижений.

Отмеченная выше сложность явления не позволила пока достигнуть существенных успехов в создании фундаментальной

и величинах, выявленных в процессе инструментальных наблю­ дений. Для этой же цели частично использовались результаты наблюдений на моделях.

Подобные наблюдения впервые были проведены ЦНИМБ (инж. А. Д. Батов) в 1937—1938 гг. на „плоской*1 песчаной модели. В 1947—1948 гг. инж. М. А. Кузнецов (ВНИМИ) про­ вел наблюдения на „плоской1* и „объемной** моделях. В 1951 г. научный сотрудник ВНИМИ Н. И. Митичкина обработала результаты наблюдений на моделях с эквивалентными мате­ риалами.

В прошлые годы моделирование с эквивалентными матери­ алами недостаточно использовалось для качественной характе­ ристики процесса сдвижений горных пород и поверхности.

Разработка метода предрасчета сдвижений в настоящее время далеко не завершена. Однако полученные результаты весьма существенны. Они позволяют уже сейчас, при наличии определенных данных, получать некоторые интересующие нас величины деформаций земной поверхности в более или менее простых условиях залегания пластов.

Сходимость предрассчитанных и фактических деформаций подвергалась частичной проверке на материалах наблюдений в Донецком, Челябинском, Карагандинском и Кузнецком бас­ сейнах.

Эта проверка подтвердила возможность создания метода предрасчета при условии дальнейшего изучения и уточнения интересующих нас зависимостей в различных горногеологи­ ческих условиях.

Внедрение методов предрасчета в угольную промышлен­ ность началось в послевоенные годы. Так, в 1948 г. ВНИМИ (С. Г. Авершин, Е. В. Куняев, М. А. Кузнецов) составлено руководство по вопросам сдвижения горных пород в Кузбассе (издано в 1951 г.)

В 1950—1951 гг. разработаны руководства Донецким фили­ алом ВНИМИ (П. Ф. Гертнер) для Донбасса, Казахским фили­ алом ВНИМИ (А. Н. Медянцев) для Карагандинского бассейна, Уральским филиалом ВНИМИ (И. А. Петухов) для Челябин­ ского бассейна.

18

В эгих руководствах приводятся числовые значения раз­ личных параметров сдвижения поверхности и рекомендуются формулы и графики для предрасчета некоторых элементов де­ формирований поверхности.

Одновременно с этим разрабатывался и совершенствовался метод аналогий. С этой целью в 1947— 1948 гг. бригадой сотрудников ВНИМИ (инженеры М. И. Глейзер, Е. И. Шульго) под руководством автора было произведено обобщение мате­ риалов наблюдений по различным угольным месторождениям

ибассейнам.

Врезультате проведенных работ автором предложена клас­ сификация угольных месторождений, являющаяся основой метода аналогий. Эта классификация была использована для составления Указаний по охране сооружений от вредного влияния горных разработок на шахтах трех комбинатов и на месторождениях с неизученным характером сдвижения гор­ ных пород.

В1947 г. был поставлен вопрос о создании единых Пра­ вил охраны сооружений для всех угольных и сланцевых ме­ сторождений. Реальность и практическая целесообразность этого предложения вполне очевидны. Имеющиеся в настоящее время многочисленные фактические данные позволяют все ме­

С другой стороны, существующие в настоящее время Правила охраны сооружений для отдельных бассейнов содержат ряд общих разделов. Изложение этих разделов в единых Пра­ вилах в виде положений, относящихся к месторождениям отдельных типов, легко осуществимо и позволит унифици­ ровать Правила, а также избежать ненужных повторений.

Как указывалось выше, инициатива в постановке система­ тических наблюдений за сдвижением горных пород на шахтах и рудниках СССР принадлежит члену-корреспонденту АН СССР

маркшейдерской конференции и 1-го Всесоюзного маркшей­ дерского съезда.

В период с 1932 по 1940 г. И. М. Бахурин осуществлял научное руководство ЦНИМБ. Этот период характеризуется значительными успехами в области изучения сдвижений гор­ ных пород.

Параллельно с закладкой наблюдательных станций на по­ верхности, ставятся наблюдения в подземных выработках. Для этой цели разрабатывается специальная аппаратура и методика измерений. Результаты наблюдений используются для решения важных в практическом отношении вопросов управления гор­ ным давлением.

И. М. Бахурин воспитал школу своих учеников и последо­ вателей, в течение длительного времени работавших или про­ должающих работать по вопросам сдвижения горных пород (С. Г. Авершин, М. В. Коротков, Д. А. Казаковский, Г. Н. Куз­

цов, С. П. Колбенков, Н. Н. Кацнельсон и др.).

И. М. Бахурин настойчиво пропагандировал необходимость проведения наблюдений в большом масштабе с привлечением маркшейдеров-производственников, коллективов маркшейдер­ ских кафедр вузов, работников горнотехнических инспекций, гормаркбюро и т. д.

И. М. Бахурин являлся крупнейшим специалистом в области сдвижения горных пород. Руководя исследовательскими ра­ ботами, он как консультант и эксперт одновременно оказывал большую помощь промышленности в решении ряда сложных вопросов. Он был инициатором постановки наблюдений за сдви­ жением горных пород не только на угольных, но и на рудных месторождениях и месторождениях неметаллических полезных ископаемых (Уральские медные рудники, Риддерское месторо­ ждение, Криворожский бассейн, Соликамское месторождение).

Кроме многочисленных статей и докладов, обобщающих опыт исследовательских работ и намечающих дальнейшие пути исследований, И. М. Бахурин дал исчерпывающее по тому времени освещение вопросов сдвижения горных пород в книге „Курс маркшейдерского искусства, специальная часть" (1932). Незадолго до смерти (1940 г.) он подготовил к печати капитальный труд „Сдвижение горных пород под влиянием

ражение первые итоги работ по изучению динамики процесса сдвижений и созданию методики расчета этих сдвижений.

Одновременно с этим, а также в предшествующие и после­ дующие годы появляется целый ряд книг и статей, освещаю­ щих результаты наблюдений по отдельным бассейнам и их

20