книги / Сдвижение земной поверхности под влиянием горных разработок

Управление кровлей—полное обрушение или частичная заклад­

процесс сдвижений и определить углы сдвижения в условиях разработки пологопадающего пласта при небольшой глубине разработок (до 70 м).

В период с 1937 по 1940 г. наблюдения проводились в бо­ лее широких масштабах Уральским филиалом ЦНИМБ (И. А. Блашкевич, И. М. Симаков, В. Т. Григорович). Силами филиала в 1937 г. заложены наблюдательные станции на шах­ тах № 3, 18 и 20.

В1938 г. на указанных станциях произведена закладка до­ полнительных реперов и вновь заложена наблюдательная стан­ ция на шахте № 8/9.

В1939 г. заложены еще три наблюдательные станции (шахты им. Костенко, № 3-бис, № 31), профильная линия на шахте № 8/9 и проведены частотные наблюдения на времен­ ной станции, заложенной на шахте № 18.

В1940 г. продолжались наблюдения на ранее заложенных станциях и вновь заложена наблюдательная станция на шахте

№1-бис над горными работами по пласту Новому.

Вэтом лее году на основе проведенных наблюдений Уральским филиалом ЦНИМБ (И. А. Блашкевич) составлен первый проект „Правил охраны сооружений от вредного вли­ яния горных разработок в Карагандинском угольном бассейне*.

Однако этот вариант, как и последующий, составленный в 1943 г., не был утверлсден в качестве обязательного руковод­ ства из-за недостаточной обоснованности. Для составле­ ния Правил были использованы результаты сравнительно малочисленных наблюдений, проведенных при разработке по­ логопадающих пластов (а = 6 — 14°), при небольшой глубине разработок, т. е. в условиях, когда углы сдвилсения опреде­ ляются с большими ошибками вследствие невозмолшости точ­ ного учета влияния наносов и пород зоны выветривания.

В 1941 г. наблюдения за сдвткением горных пород были прерваны и вновь возобновились в 1943 г. в связи с органи­ зацией Казахского филиала ЦНИМБ.

1 На ряде шахт бассейна ведется опытная разработка пласта В. Мари­ анна в три схоя. (Примечание редактора.)

31

Организация филиала способствовала более широкому раз­ вертыванию наблюдений. В период с 1943 по 1949 г. на раз­ личных шахтах бассейна было заложено около 35 профильных линий наблюдательных станций (табл. 5) и ежегодно проводи­ лись наблюдения на ранее заложенных станциях.

В 1950 г. заложены новые наблюдательные станции на шах­ тах № 31, 1 и 8—9, а в 1951 г. на шахте № 3-бис.

Наблюдения за сдвижением поверхности в 1943—1950 гг. выполнялись сначала под руководством инженеров В. В. Се­ менова и Т. Г. Семеновой, затем Т. И. Федоровой, А. Н. Медянцевым и А. К. Поляковым.

Кроме наблюдений на заложенных станциях, производи­ лись съемки трещин с целью определения углов обрушения и сбор материалов по имевшим место многочисленным слу­ чаям выемки угля под сооружениями (главным образом под небольшими жилыми домами).

Сбор указанных материалов был произведен Уральским филиалом ЦНИМБ в 1940 г., а также Казахским филиалом

32

ны сооружений от вредного влияния горных разработок в Ка­ рагандинском угольном бассейне". Разработка Правил являлась крайне актуальной задачей, так как до утверждения Правил 1947 г. расчет охранных целиков производился (в зависимости от мощности пластов) по Правилам Донбасса и Кузбасса, при­ менение которых без достаточных оснований вызывало закон­ ные опасения.

Несмотря на большой объем наблюдений, проведенных к моменту составления Правил 1947 г., последние все же не могли быть достаточно обоснованы в части углов сдвижения (особенно 7) при наклонном и крутом залегании пластов, без­ опасных глубин и учета совместного влияния свиты разраба­ тываемых пластов. Это объяснялось:

1) развитием очистных работ (в период проведения наблю­ дений) преимущественно на пологопадающих пластах с углами падения 6—14° (табл. 6). На наклонных и крутопадающих пластах очистные работы начаты в бассейне сравнительно недавно и к 1947 г. не получили достаточного развития на глубину;

2) отсутствие необходимого опыта выемки угля под ответ­ ственными сооружениями (так как в настоящее время горные работы под ответственными сооружениями в большинстве слу­

падением 7—15 и 34—60°. В отличие от первых, углы сдвиже­ ния для пластов с падением 34—60° получили недостаточное обоснование.

Имелись одно значение угла 8 и по пять значений углов р и к, полученных из обработки наблюдений за выемкой кру­ топадающих и наклонных пластов на шахтах № 53, 42/43, 61/65.

При этом все пять значений углов т были определены при отработке верхних горизонтов на глубине 25—30 м.

Проект Правил охраны сооружений для Карагандинского бассейна в 1949 г. был утвержден Главным управлением гор­ ного надзора и в том же году издан.

Опыт изучения сдвижений земной поверхности, нашедший отражение в Правилах, позволил произвести перерасчет це­ ликов и упорядочить охрану сооружений от вредного влияния горных разработок. Основываясь на этом опыте, Казахский филиал ВНИМИ (А. Н. Лебедев, А. Н. Медянцев, Л. Д. Журачко, В. М. Варлашкин) в 1950—1951 гг. выполнил работу

по обоснованию наиболее рационального (с точки зрения охраны недр) размещения строительных площадок в городах Старая и Новая Караганда,

В 1946—1947 гг. наблюдения за сдвижением горных пород проводились комплексно в связи с решением задач охраны сооружений, применения восходящей выемки сближенных пластов и управления горным давлением (выбор способа под­ держания подготовительных выработок на пластах с дующей почвой). Для этой дели параллельно с наблюдениями на по­ верхности ставились наблюдения за сдвижением горных по­ род в подземных выработках.

Впоследние годы филиал произвел реконструкцию старых

изакладку новых станций над участками с повторной подра­ боткой поверхности. Постановка наблюдений на этих участ­ ках имеет в виду выяснение характера сдвижений поверхно­ сти при повторных подработках и обоснование методов охра­ ны сооружений с учетом совместного влияния свиты разра­ батываемых пластов.

В1950—1951 гг. филиалом (А. Н. Медянцев) проделана значительная работа по обобщению и анализу наблюдений прошлых лет с целью выявления закономерностей сдвижения горных пород и создания метода предрасчета сдвижений.

Успешное завершение этих работ упирается в отсутствие достаточного количества данных, характеризующих процесс сдвижения горных пород при более значительных глубинах

разработок, при наклонном и крутом залегании пластов, а так­ же при выемке свиты пластов.

Подмосковный буроугольный бассейн

Пласты угля в Подмосковном бассейне приурочены к угле­ носной толще нижнекаменноугольного возраста мощностью до 25 м, сложенной в основном глинами и песками. Выше пород угленосной толщи залегают (снизу вверх):

1)тульская свита нижнекаменноугольного возраста, имею­ щая почти сплошное распространение и представленная чере­ дующимися песками, известняками и глинами;

2)алексинские известняки, сохранившиеся от размыва преимущественно в углублениях поверхности нижележащей толщи;

3)мезозойские отложения мощностью от 6—10 до 25 м, имеющие распространение главным образом на возвышенных водораздельных пространствах. Наибольшим распространением пользуются валанжинские мелкозернистые пески, песчаные глины и железистые пески;

4)четвертичные отложения (наносы), представленные песка­ ми, глинами, суглинками ц иногда валунными суглинками.

34

Коренные породы угленосной и надугленосной толщ (в том числе и известняки) отличаются слабой сцементированностыо и низкой механической прочностью.

Характерным для Подмосковного бассейна является значи­ тельная обводненность пород, наличие плывунов и закарстованность известняков. Проявление карста в известняках, под­ стилающих угленосную толщу, является причиной наблюдае­ мых иногда атектонических нарушений угольных пластов.

Мощность пород крайне изменчива. Часто отмечается бы­ строе выклинивание отдельных слоев, что обусловливает не­ постоянство и пестроту геологического разреза.

Породы покрывающей толщи представлены главным обра­ зом слабыми неустойчивыми глинами и песками. Меньшее распространение имеют известняки.

Число пластов угля с рабочей мощностью не более пяти. На большинстве участков залегает один пласт. Рабочая мощ­ ность пластов колеблется от 1 до 7,5 м. Преобладают пласты угля мощностью 1,8—3,2 м. Повышенная мощность пластов угля часто носит характер местных раздутий, но в ряде слу­ чаев свойственна отдельным, значительным по площади, частям шахтных полей и месторождений.

Залегание пластов почти горизонтальное, волнистое. Мощ­ ность пластов весьма непостоянна. Глубина залегания сравни­ тельно небольшая и колеблется в зависимости от рельефа местности от 20 до .60 м.

Выемка угля в настоящее время в основном производится системой длинных столбов (спаренные, сдвоенные и одинарные лавы) с обрушением кровли. В отдельных случаях (при мощ-

. ности пласта свыше 3,5 м) применяется слоевая выемка. Систематические инструментальные наблюдения за сдвиже­

нием поверхности в бассейне начались в 1932 г. Первые на­ блюдения были поставлены под руководством С. Г. Авершина на шахтах № 53 (Товарковское рудоуправление) и N® 12 (Боб­ рики). Наблюдательная станция на шахте № 53 включала три профильные линии, а на шахте № 12—пять профильных ли­ ний. Инициатива в постановке этих наблюдений принадлежала б. тресту Москвоуголь, маркшейдерской комиссии НТС камен­ ноугольной промышленности и Госмаркконтролю. Одновре­ менно проводились наблюдения силами местных маркшейде­ ров (М. И. Глейзер, М. Б. Самойловский). Следует отметить, что местные маркшейдеры (А. Н. Омельченко, Н. И. Митичкина, В. П. Молчанов, Я. Р. Пивторак, В. И. Щербатенко, П. Г. Филяев и др.) принимали активное участие в этих рабо­ тах и в последующие годы.

В1933 г. работы по наблюдениям за сдвижением поверх­ ности перешли в ведение ЦНИМБ.

В1934 г. были заложены наблюдательные станции на шах­ тах № 10 треста Сталиногорскуголь и № 5 треста Щекинуголь.

В1936—1937 гг. проводились наблюдения на восьми шах­ тах трестов Сталиногорскуголь, Тулауголь и Товарковуголь. Одновременно с этим производилась съемка трещин с целью определения углов обрушения.

В1939—1940 гг. было заложено восемь новых наблюда­ тельных станций (около 600 реперов) на шахтах № 52 треста Товарковуголь, № 63 треста Калининуголь, № 7 и 8 треста Щекинуголь, № 18 и 19 треста Болоховуголь, № 20 треста Донскойуголь.

Вследствие быстрого протекания процесса сдвижения гор­

ных пород и сравнительно однообразных геологических и горноэксплуатационных условий (как правило, один разраба­ тываемый пласт, горизонтальное залегание, небольшая глуби­ на разработок и т. д.) проведенные до 1940 г. наблюдения позволили достаточно полно охарактеризовать процесс сдви­ жения поверхности и получить данные для расчета охранных целиков.

Поэтому после 1940 г. систематические наблюдения в ос­ новном были прекращены и, если проводились, то в неболь­ ших объемах, в связи с решением отдельных вопросов.

Так, в 1945—1946 гг. под руководством инж. А. Н. Омель­ ченко (исполнители инж. Н. И. Митичкина, техник Н. А. Мак­ симова) проводились наблюдения на трех наблюдательных станциях, заложенных с целью изучения процесса сдвижения земной поверхности в условиях сильно обводненных пород. Станции состояли из 19 профильных линий (367 пунктов) и были заложены в 1945 г. на шахтах № 26, 30 треста Донской­ уголь и № 32 треста Красноармейскуголь.

В 1947 г. этими же лицами проведена работа по изучению возможности застройки жилыми зданиями и сооружениями площадей, подработанных горными выработками.

В последующие годы специальные наблюдения за сдвиже­ нием поверхности не производились. Проводившиеся ВНИМИ работы были направлены на решение вопросов управления горным давлением (определение оптимальных размеров межлавных и околоштрековых целиков, выбор способов крепления подготовительных выработок в породах, подверженных пу­ чению, и т. д.).

При проведении этих работ лишь в отдельных случаях, наряду с подземными наблюдениями, проводились сопряжен­

36

максимальному извлечению доступных запасов угля, в ряде случаев даже с ущербом для сооружений.

Вэтот же период имели место многочисленные случаи частичной выемки околоствольных охранных целиков при по­ гашении шахт. На основе накопленных данных впоследствии было рекомендовано производить частичную выемку таких целиков до контура, рассчитанного по углам обрушения. Бо­ гатый опыт был накоплен также по подработке балок с водо­ токами.

В1952 г. было известно свыше 70 случаев таких подрабо­ ток, послуживших основанием для составления рекомендаций по выемке угля под балками.

Инструментальные наблюдения за сдвижением поверхности

вПодмосковном бассейне в различные годы ставились по раз­ личной методике. Так, на шахтах № 5 „Щекинской" и № 10

„Бобриковской“ (1930 — 1935 гг.) были организованы учащен­ ные наблюдения, позволившие выяснить динамику процесса сдвижений и определить длительность его отдельных стадий.

В отличие от этого наблюдения на других станциях чаще всего проводились с большими разрывами во времени и вы­ ясняли лишь конечную картину сдвижений.

Наблюдения первых лет были более полными, так как включали не только нивелировки реперов, но и измерение длин и ординат (при помощи ординатомера конструкции ЦИИМБ).

Эти наблюдения позволяли определять полный вектор сме­ щения реперов и производить построение кривых деформаций.

Первые Правила охраны сооружений от вредного влияния горных разработок в Подмосковном бассейне были утвержде­ ны и изданы в 1939 г. В основу Правил были положены наб­ людения 1932—1938 гг.

Последующие наблюдения позволили накопить дополнитель­ ные материалы и подготовить второй вариант Правил. Этот вариант, составленный Московским филиалом ВНИМИ (канд. техн. наук 3. И. Поляк), был утвержден в i960 г. вместо Правил 1939 г.

В Правилах охраны сооружений 1950 г. для вывода сред­ них углов сдвижения и обрушения использовано по 25 углов, полученных на различных наблюдательных станциях главным образом в период 1932—1946 гг.

Кроме перечисленных работ, в 1940 г. были начаты наблю­ дения за сдвижением поверхности на подмосковной шахте „Подземгаз". Цель этих работ—изучение возможности опре­ деления положения огневого забоя и полноты выгазовывання угля по данным наблюдений за сдвижением поверхности.

Первая наблюдательная станция была заложена силами ЦНИМБ до разжига панели в 1940 г. В 1943 г. была заложена новая станция. Последняя представляла собой прямоугольную

37

изводились местными маршейдерами сначала через 3—5 дней, затем все реже и с 1945 г. не чаще одного раза в месяц. По мере перемещения огневого забоя станция пополнялась новы­ ми реперами. По данным наблюдений составлялись планы изо­

Г. Д. Кондратьевым заложил специальную станцию на новом участке и провел на ней сгущенные во времени наблюдения

Анализируя материалы наблюдений, Н. Н. Кацнельсон при­ шел к следующим выводам:

1)при нормальной сбойке скважин образующиеся каналы не вызывают оседания поверхности;

2)во время эксплуатации скважин оседание поверхности распространяется от газоотводящей к дутьевой скважине (что указывает и на направление выгазовывания);

3)оседание поверхности выявляет контур выгазованных

участков пласта приближенно, в зависимости от конфигурации и размера этих участков. В соответствии с этим положе­ ние огневого забоя принципиально возможно фиксировать лишь с некоторым довольно грубым приближением;

4) определение положения огневого забоя следует произ­ водить не по углам сдвижения (ввиду их значительных коле­ баний), а по точке перегиба кривых оседаний.

Сделанные выводы о возможности определения положения огневого забоя и степени выгазовывания (которая устанавли­ валась сопоставлением оседаний поверхности при подземной

теризуется большим разнообразием геологических и горноэк­ сплуатационных условий.

Основные продуктивные отложения бассейна—отложения пермского возраста—представлены сравнительно однообраз­ ной толщей песчано-глинистых осадков (песчаники и глини­

38

стые сланцы) с пластами угля. Угленосные породы покрыты рыхлыми отложениями третичного и четвертичного возрастов. Мощность рыхлых отложений (наносов) на ряде участков зна­ чительна.

В центральной части бассейна угленосные отложения зале­ гают более спокойно, чем на окраинах, где отмечается услож­ нение складчатости и более широкое развитие дизъюнктивных нарушений. Здесь наблюдаются крутые углы падения пластов и острые складки, имеющие опрокидывание к центру бассей­ на. Наиболее сложным залеганием пластов (сложная складча­ тость, наличие смещений) характеризуется Прокопьевско-Ки- селевский район.

Вотличие от других бассейнов, в Кузбассе почти повсе­ местно наблюдается широкий диапазон колебания мощности угольных пластов (тонкие, средней мощности, мощные).

ВПрокопьевско-Киселевском районе наряду с пластами

женском районах угольные пласты, разрабатываемые в на­

залегания.

Применяемые системы разработок отличаются -значитель­ ным разнообразием. Мощные пласты разрабатываются щито­ выми системами, наклонными й горизонтальными слоями с об­ рушением и закладкой (Прокопьевско-Киселевский район). При разработке пластов средней мощности и тонких применяются столбовые и сплошные системы разработок с обрушением кровли. Указанные основные системы по расположению линии забоя и способу управления кровлей подразделяются на ряд разновидностей.

Горные работы в бассейне пока еще не получили достаточ­ ного развития на глубину, и существующие глубины разрабо­ ток сравнительно невелики.

В Кузнецком бассейне первая наблюдательная станция для изучения сдвижений поверхности была заложена на шахте

учно-исследовательским угольным институтом (Ленинский район) и Западносибирским Госмаркконтролем, а с 1933 по 1938 г. Томским (Западносибирским) филиалом ЦНИМБ. В период 1938—1939 гг., в связи с закрытием Томского филиала,

39

было заложено около 25 новых наблюдательных станций и проводились повторные наблюдения на ранее заложенных станциях в трестах Кемеровуголь и Куйбышевуголь. Материа­

расположенных по углам квадратов со сторонами 20—40 м. Лишь одна станция из заложенных в Прокопьевском районе состояла из 17 параллельных профильных линий вкрест про­ стирания пластов. Расстояние между линиями 20 м, а между реперами на профильных линиях 20—40 м.

Закладка станций площадного типа (в виде квадратов) пре­ следовала цель изучения распределения деформаций по всей площади мульды сдвижений (оседания поверхности изобража­ лись при помощи изолиний). Несмотря на положительные сто­ роны станций такого типа, от них впоследствии пришлось от­ казаться ввиду большого объема работ по закладке реперов и наблюдениям. Реперы изготавливались из отрезков газовых труб, углового или круглого железа (/=0,25—0,7 м), цемен­ тируемых в ямах глубиной от 0,6 до 1,5 м. В последующие годы широко применялись забивные реперы. Недостаточно глубокая закладка реперов в ряде случаев служила причиной их выпучивания, что снижало качество наблюдений.

Наблюдения на станциях проводились в соответствии с Ин­ струкцией, составленной доц. И. Н. Киселевым. Для опреде­ ления отметок реперов применялось нивелирование повышен­ ной точности (со средними километрическими ошибками ± 2 мм).

Расстояния между реперами измерялись металлическими рулетками с постоянным натяжением и с учетом температуры. Разность двукратных измерений допускалась не более 1:20 000. Впоследствии точность наблюдений была несколько пони­ жена.

К 1943 г. общее число станций, заложенных с начала наб­ людений (1928 г.), возросло до56, а в настоящее время дости­ гает 70. Наблюдения первого периода позволили констатиро­ вать недостаточную надежность применявшихся тогда в Куз­ бассе Дортмундских правил. В связи с этим возникла необхо­

40