книги / Сдвижение земной поверхности под влиянием горных разработок

обобщение (М. В. Коротков, Д. А. Казаковский, И. А. Пету­ хов, А. Н. Медяндев, К. В. Стрельникова, М. Н. Дедюкин и т. д.), вопросы охраны сооружений от вредного влияния гор­ ных разработок (М. В. Коротков, П. Ф. Гертнер, 3. И. Поляк, Д. А. Казаковский, М. Н. Дедюкин) и вопросы предрасчета сдвижений (С. Г. Авершин, Д. А. Казаковский).

Создание ЦНИМБ—ВНИМИ с отделениями в главнейших горнопромышленных районах и привлечение к работам ВНИМИ в порядке содружества производственников позволило раз­ вернуть наблюдения одновременно на десятках шахт ряда угольных районов. Ниже приводятся краткие сведения о раз­ витии этих наблюдений. Для лучшего уяснения сложности стоящих перед наблюдениями задач кратко освещаются геоло­ гические и горноэксплуатационные условия соответствующих бассейнов и месторождений.

§ 2. КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР НАБЛЮДЕНИЙ ПО ОТДЕЛЬНЫМ БАССЕЙНАМ И МЕСТОРОЖДЕНИЯМ

Донецкий каменноугольный бассейн

В Донбассе разрабатываются отдельные пласты и свиты весьма тонких, тонких и средней мощности пластов угля с различными углами падения (весьма пологие, пологопадающие, наклонные, крутопадающие). Наиболее угленосными являются толщи карбона С|, C§f С^.

Литологический состав пород этих толщ характеризуется следующими средними данными:

песчаники — около 45%; песчанистые сланцы — около 20 — 25%; глинистые сланцы — 25 — 28%; известняки — около 1,5%; угли — 1,7% и др.

Покрывающие угленосную толщу третичные и меловые отложения имеют ограниченное распространение и небольшую мощность. Мощность наносов также, как правило, несначительна.

В Донбассе угленосные отложения собраны в складки ли­ нейной структуры, при этом вследствие поперечных антикли­ нальных поднятий наблюдается образование крупных складок замкнутой формы. Тектонические нарушения связаны главным образом со складчатостью и имеют повсеместное распростра­ нение. Гидрогеологические условия в общем благоприятны. Наличие плывунов отмечается лишь в некоторых угольных районах (в частности, в Красноармейском). Здесь плывуны в виде сильно обводненных линз песков (полтавский ярус третичных отложений) мощностью до 10 — 15 м имеют широкое распространение. Плывуны залегают сравнительно неглубоко (до 30 — 40 м). Дренирование плывунов горными выработками

21

часто вызывает оседания поверхности, непосредственно не свя­ занные с обрушением горных пород.

Горноэксплуатационные условия шахт Донбасса сравни­ тельно однообразны. Доминирующей системой разработок является сплошная система с обрушением кровли или с при­ менением частичной закладки. Глубина разработок по различ­ ным трестам и шахтам колеблется в широких пределах.

До 1923 г. в Донбассе не было узаконенных Правил охраны сооружений от вредного влияния горных разработок. Первые Правила были утверждены в 1923 г. и переработаны в 1927 г. Правила предусматривали деление охраняемых объектов на две категории. В основу рекомендаций по расчету охранных целиков были положены: для сооружений I категории охраны — Дортмундские правила, для II категории — Правила П. М. Леонтовского. Для расчета целиков под сооружениями I категории

22

Для второй зоны принимались: 7 = 8 = 85°, а угол {J в за­ висимости от угла падения а, по табл. 2.

Высота И первой зоны над кровлей пласта (под серединой охраняемого сооружения на разрезе вкрест простирания) при­ нималась равной:

при работах с обрушением

1927 гг. послужила причиной организации наблюдений за сдвижением земной поверхности. Эти наблюдения были на­ чаты в бассейне осенью 1929 г. геолого-маркшейдерским под­ отделом Донугля по инициативе и под руководством посто­

в трест Сталинуголь. В конце 1932 г. работы перешли в ве­ дение вновь организованного ЦНИМБ. С этого момента на­ блюдения проводились Харьковским (Украинским) отделением ЦНИМБ, впоследствии переведенным в гор. Сталино.

Уже к 1934 г. в Донбассе было заложено 12 наблюдатель­ ных станций, из которых по трем в связи с затуханием про­ цесса сдвижений получены окончательные результаты. Наблю­ дения проводились под руководством инж. О. Л. Кульбах (исполнители инженеры М. В. Коротков и В. Д. Пирятин).

Как положительную сторону работ начального периода следует отметить охват наблюдениями шахт с различными условиями залегания пластов (углы падения от 10 до 70° и

23

средняя глубина разработок от 60 до 140 м). Это позволило уже в 1934— 1935 гг. высказать предварительное суждение

онадежности временных Правил 1923—1927 гг.

Вчастности, было подмечено, что углы сдвижения у зна­ чительно больше рекомендуемых Правилами и могут быть увеличены до 85 — 90°. Наоборот, углы (3 при крутом падении пластов фактически оказались значительно положе рекомен­

1927 гг., оказались оконтуренными горными выработками, и возможность пересчета их исключалась. Недостаточность раз­ меров целиков в сторону восстания при крутом залегании пластов послужила одной из причин значительных искривлений некоторых шахтных стволов и деформации зданий. Так, в цент­ ральном районе Донбасса получили искривление стволы шахт № 19/20, „Комсомолец", имени Ленина, „Кочегарка", № 8, „Юнком" и др. По указанной причине получили значительные

Наблюдения в Донбассе в период 1929—1935 гг. прово­ дились в соответствии с Инструкцией, разработанной инж. О. Л. Кульбах („Труды маркшейдерской комиссии НТС ка­ менноугольной и горнорудной промышленности", 1931). При этом для получения более надежных данных, позволяющих судить о микросмещениях, а также о поведении реперов за пределами зоны влияния горных разработок, точность изме­ рений была сознательно повышена. Нивелирование реперов применялось высокоточное и повышенной точности (со сред­ ними километрическими ошибками ± 0,55 и ± 1,83 мм соответ­ ственно). Измерение расстояний между реперами произво­ дилось 50-метровой компарированной лентой, при постоянном натяжении и с учетом температуры. Относительная ошибка измерения длины профильных линий — менее 1 : 8000.

Параллельно с этим на некоторых профильных линиях были поставлены высокоточные измерения базисным прибором (с точностью 1 :200 000 и выше).

В последующие годы было призи ;но целесообразным по­ низить точность наблюдений и применять методику, нашедшую отражение в современной инструкции. Последняя была состав­ лена в 1939 г. коллективом авторов под руководством Б. И. Ни­ кифорова и М. В. Короткова.

Опыт наблюдений в Донбассе применялся и в других бас­ сейнах, для которых разрабатывались инструкции с учетом местных условий.

24

После организации Харьковского отделения ЦНИМБ и укомплектования последнего соответствующими штатами на­ блюдения за сдвижением пород в бассейне получили быстрое

иширокое развитие.

Кконцу 1934 г. в бассейне насчитывалось 24 наблюдатель­ ные станции, данные о которых приведены в табл. 3.

Кначалу Великой Отечественной войны количество станций возросло до 70 (табл. 4). Во время войны наблюдения были прерваны и вновь возобновились в 1945 г. Кроме указанных основных станций, с целью характеристики процесса сдви­ жений и в связи с подработкой различных сооружений закла­ дывались отдельные профильные линии и реперы как филиалом

ЦНИМБ—ВНИМИ, так и маркшейдерами шахт.

25

Т а б л и ц а 4

Наблюдательные станции, заложенные в Донбассе в период 1929—1940 гг.

26

27

В 1930 г. Украинским филиалом ЦНИМБ были поставлены первые работы по изучению критических деформаций, допу­ стимых для сооружений различных категорий.

В 1938—1939 гг. работы продолжались с участием Харь­ ковского инженерно-строительного института (ХИСИ).

Работы позволили в первом приближении рекомендовать критические значения деформаций поверхности, безопасные глубины и строительные мероприятия, смягчающие вредные последствия подработки сооружений (осадочные швы, усилен­ ные фундаменты, компенсаторы и т. д.).

Рекомендации по этим вопросам нашли отражение в ныне действующих Правилах охраны сооружений для Донбасса и других бассейнов.

В 1948—1950 гг. исследовательские работы в указанном направлении были продолжены и велись совместно с Акаде­ мией архитектуры. При этом были построены два одноэтаж­ ных шлакоблочных экспериментальных дома с особыми кли­ новидными (режущими) фундаментами, железобетонными поясами в плоскости перекрытий и осадочными швами1.

Подработка опытных домов проводилась на глубине 80—100 м в условиях пологого (13—20°) и крутого (65°) за­ легания пластов (шахты № 1 им. Кирова треста Советскуголь и № 11-бис треста Горловскуголь).

Опыт подработки вследствие непредвиденного изменения геологических условий оказался недостаточно удачным (фак­ тически дома подрабатывались при деформациях поверхности, переносимых обычными зданиями IV категории). Вследствие этого экономическая целесообразность строительства таких

и балок. Полученные выводы послужили основанием для уста­ новления условий безопасной подработки указанных объектов при пологом и наклонном залегании пластов.

Наблюдения за сдвижением горных пород и земной поверх­ ности, проводившиеся в Донбассе до 1938 г., были обобщены

^ 1 Клиновидные (режущие) фундаменты предложены институтом строитель­ ной техники Академии архитектуры УССР (автор канд. техн. наук П. И. Дра­ нишников), см. П. И. Дранишников, М. Ш. Минцковский. Строительство зда­ ний над горными выработками (на клиновидных фундаментах), Изд. Акад. арх. УССР, Киев, 1952. (Примечание редактора).

28

Карагандинский каменноугольный бассейн

Угленосная толща Карагандинского бассейна, сложенная по­ родами каменноугольного возраста, представлена тремя свитами морских и континентально-лагунных отложений: Ак-Кудукской,. Ашлярикской и Карагандинской.

В настоящее время в основном разрабатываются пласты Кара­ гандинской свиты. Эта свита сложена переслаивающимися пес­ чаниками, песчано-глинистыми и глинистыми сланцами, углисто­ глинистыми, углистыми сланцами и углями. Преобладающими яв­

части бассейна. Эти отложения сложены преимущественно во­ досодержащими песчаниками, конгломератами и отчасти гли­ нистыми сланцами.

Третичные отложения, представленные гипсоносными гли­ нами, залегают в виде отдельных пятен главным образом по долинам рек и логам. Четвертичные отложения незначитель­ ной мощности (до б м) покрывают почти всю площадь место­ рождения. В тектоническом отношении бассейн представляет собой складчатый комплекс со сравнительно спокойным и по­ логим залеганием пластов в северной части и крутым, часто опрокинутым и сильно осложненным тектоническими наруше­ ниями, в южной части.

Кроме крупных нарушений, расположенных на восточной и западной границах бассейна, имеется ряд тектонических на­ рушений, зафиксированных в пределах центрального промыш­ ленного участка. Эти нарушения, помимо мелкой складчато­ сти, представлены сбросами и отчасти надвигами. Амплитуда сбросов не превышает 200 м. Угол падения сбрасывателей 40—90°. Простирание преимущественно северо-восточное, ре­ же северо-западное.

Гидрогеологические условия бассейна благоприятные. Карагандинская свита содержит до 14 пластов с промыш­

ленной мощностью, из которых 9 разрабатываются в настоя­ щее время. Разрабатываемые пласты по мощности могут быть разбиты на три группы: тонкие мощностью до 1,3 м (Мет­ ровый, Джанабековский и др.), средней мощности 1,3—3,5 м (Феликс, Нижняя Марианна, Нижесредний и др.), мощные (В. Марианна мощностью до 7 и, Феликс—на некоторых участ­ ках—до 4,6 м). Преобладающими являются пласты средней мощности. На разрабатываемых участках пласты имеют в ос­ новном пологое, местами наклонное и крутое залегание.

Выемка пластов производится преимущественно сплошной системой разработок и отчасти системой длинных столбов.

30