книги / Сдвижение земной поверхности под влиянием горных разработок

димость разработки Правил охраны сооружений, основанных на фактических наблюдениях.

Первый вариант Правил был составлен в 1936 г. дод. И. Н. Киселевым. Как слабо обоснованный, этот вариант не был ут­ вержден и был заменен вторым вариантом, также разработан­ ным дод. И. Н. Киселевым в 1938 г. Проект Правил 1938 г., переработанный и дополненный ЦНИМБ (инж. А. К. Сентемов), в 1940 г. утвержден в качестве обязательного руко­ водства.

Для обоснования указанных Правил использованы результаты наблюдений 1928—1938 гг., которые проводились в условиях небольших (до 150 м) глубин разработок. При этом в отли­ чие от углов р углы сдвижения 8 и особенно 7 этими наблю­ дениями были изучены недостаточно надежно. Имелись лишь единичные значения этих углов по отдельным районам. Углы сдвижения в наносах без достаточных оснований принимались, как углы естественного откоса. Числовые значения безопас­ ных глубин Правилами не устанавливались.

Перед дальнейшими наблюдениями была поставлена задача более углубленного изучения процесса сдвижения горных по­ род и уточнения Правил. В связи с тем, что в период с 1939

род для условий Прокопьевско-Киселевского района* (С. Г. Авершин, Е. В. Куняев, М. А. Кузнецов). В Руководстве, помимо рекомендаций по вопросам определения района влияния горных разработок и расчета охранных целиков, содержатся указания

работан проект новых Правил охраны сооружений от вредно­

алом ВНИМИ главным образом в Прокопьевском районе (шах­ ты имени Сталина, имени Ворошилова, „Зиминка") и в неболь­ шом объеме в Ленинском районе (шахта „В“). При этом основ­ ная часть наблюдений ставилась в связи с решением вопросов независимой выемки сближенных пластов и управления горным

41

давлением. Несмотря на это в период с 1938 по 1949 г. было получено для различных условий залегания 39 значений угла р, 18 значений угла 7 и 15 значений угла 8. Все эти данные были использованы при составлении в 1950 г. нового проекта Правил.

вопросов процесса сдвижения горных пород, следует отнести:

1)наблюдения за образованием провалов и определение степени заполнения выработанного пространства обрушенными породами при выемке мощных пластов;

2)наблюдения за сдвижением земной поверхности в усло­ виях складчатого залегания пластов;

3)наблюдения за сдвижением земной поверхности при вы­ емке мощных пластов с закладкой;

4)наблюдения за сдвижением земной поверхности при раз­ работке свиты пластов.

В1948—1949 гг. на шахтах Прокопьевского района под руководством инж. Е. В. Куняева были поставлены сопряжен­ ные наблюдения за сдвижением земной поверхности и толщи горных пород (в квершлагах и штреках промежуточных пла­ стов).

Наблюдения позволили выяснить картину распределения смещений на различных глубинах и уточнить рекомендуемые методы предрасчета сдвижений.

Дальнейшим развитием этих работ явилась постановка на­ блюдений за поведением вмещающих пород и закладки при выемке мощных пластов наклонными и горизонтальными слоя­

ми, за деформацией подрабатываемых сближенных пластов и за деформацией вмещающих пород и угольного пласта в связи

сизучением газовыделения.

В1949—1951 гг. Кузнецким филиалом ВНИМИ проведены работы по изучению распределения деформаций в мульде сдви­ жений.

Постановка этих работ преследовала цель проверки на­ дежности величин кри!ических оседаний, принятых для опре­ деления углов сдвижения.

Одновременно филиалом проведено определение коэффи­ циентов случайного и систематического влияния при измере­

нии длин на профильных линиях наблюдательных станций. В результате исследований установлена действительная точ­

служивают большого внимания, так как недостаточная точ­ ность измерения длин снижает достоверность определяемых горизонтальных сдвижений и деформаций.

42

Кизеловский каменноугольный бассейн

Пласты угля в Кизеловском бассейне приурочены к толще песчаников, глинистых и углистых сланцев нижнекаменно-

'угольного возраста (Cj). Мощность этой толщи составляет 150—300 м. Над породами угленосной свиты залегают:

1) мощная (400—440 м) толща известняков нижнего кар­ бона;

2) породы среднего карбона (известковые песчаники, мергели, глинистые сланцы, песчаники, известняки) мощностью

2 0 0 -2 2 0 ж;

3)известняки верхнего карбона (600—650 м);

4)породы артинского яруса пермской системы (конгломе­ раты, песчаники, глинистые, известково-глинистые и песчано­

глинистые сланцы).

Толща палеозойских пород покрыта наносами сравнительно небольшой мощности. Угольные пласты и вмещающие породы собраны в ряд крупных параллельных, вытянутых в меридио­ нальном направлении антиклинальных и синклинальных складок.

Характерная особенность основных складок — их асимме­ тричность. Восточные крылья антиклиналей и западные крылья синклиналей — пологие, западные крылья антиклиналей и во­ сточные крылья синклиналей — крутые, иногда опрокинутые.

Нарушенность месторождения дизъюнктивами сравнительно

незначительна.

Наблюдающиеся дизъюнктивы тесным образом связаны со складчатостью и имеют характер надвигов.

Известняки палеозойской толщи сильно закарстованы. На­ личие карстов является характерной особенностью бассейна. Карстовые пустоты в ряде случаев являются причиной обру­ шений и оседаний поверхности. Уголь залегает в виде свиты пластов, преимущественно тонких и средней мощности. Углы падения разрабатываемых пластов колеблются в широких пределах (пологопадающие, наклонные, крутопадающие).

Разработка пластов производится главным образом сплош­ ной системой и длинными столбами с обрушением кровли. Глу­ бина горных работ сравнительно небольшая и лишь на отдель­ ных шахтах достигает 700 м.

Систематические инструментальные наблюдения за сдвиже­ нием горных пород и земной поверхности в Кизеловском бас­ сейне начаты ЦНИМБ в 1934 г. и продолжаются в настоящее время. Первая наблюдательная станция была заложена на шах­ те им. Володарского доц. И. Н. Ушаковым и инж. Ф. И. Лиходиевским. В период с 1934 г. до начала Великой Отечест­ венной войны было заложено восемь наблюдательных станции -(около 30 профильных линий) на восьми шахтах бассейна с пологим, наклонным и крутым залеганием пластов. В годы войны и в послевоенный период заложено еще 16 станций

43

с общим числом профильных линий около 60 (табл. б). Для закладки станций и наблюдений на некоторых шахтах („Капитальная“ № 33, „Капитальная“ № 6) привлекались местные маркшейдеры.

Кроме указанных наблюдательных станций, был заложен ряд временных профильных линий для частотных (кратковре­ менных) наблюдений и специальные станции для наблюдений за подработкой сооружений и реки Б. Кизел (шахты имени Сталина, имени Гастелло, № 39 треста Коспашуголь, имени Ленина).

Наблюдения на поверхности проводились главным образом с целью обоснования Правил охраны сооружений от вредного* влияния горных выработок.

Только в последние годы (1951 — 1952 гг.) начаты сопряжен­

44

периода 1946—1949 гг. В указанный период были получены углы сдвижения на отдельных станциях и профильных линиях с уг­ лами падения пластов, не охваченных предшествующими на-: блюдениями.

В Правилах охраны сооружений 1950 г., кроме углов сдви­ жения, рекомендованы числовые значения безопасных глубин разработки. Последние заданы в первом приближении на осно­ вании анализа мульд сдвижений и 15 случаев подработки со­ оружений и рек (жилые дома и угольные бункеры на шахтах имени Володарского и имени Сталина, здания компрессоров на шахтах имени Калинина и № 33-бис, магистральные и подъезд­ ные железные дороги на шахтах имени Володарского, имени Ленина, № 39 и имени Сталина, речки Губашка и Россольная на шахтах имени 1 Мая, имени Володарского и имени Ленина).

46

сдвижения при вторичной подработке и характер процесса сдви­ жений в условиях разработки свиты пластов.

По всем этим вопросам в 1950—1951 гг. К. В. Стрельни­ ковой получены дополнительные данные на наблюдательных станциях ряда шахт (имени Урицкого, имени Сталина, № 62, 65, 5/13, 63, 39 и др.).

Наблюдения 1950—1951 гг. существенно дополняют мате­ риалы прежних наблюдений.

Челябинский буроугольный бассейн

Челябинский буроугольный бассейн представляет собой вытянутую в меридиональном направлении полосу угленосных отложений. В пределах этой полосы выделяют следующие угленосные районы: Сугоякский, Козыревский, Копейский, Камышинский, Коркинский, Еманжелинский, Кичигинский, Тугузакский.

Угольные пласты приурочены к нижнемезозойской угле­ носной толще, залегающей под верхнемезозойскими и кайназойскими покровными отложениями.

Нижнемезозойские угленосные отложения представляют со­ бой осадки континентального происхождения.

Угленосная толща делится на две свиты: Чумлякскую (ниж­ нюю) и Коркинскую, (верхнюю).

В состав пород этих свит входят слабо сцементированные глинистые сланцы, песчанистые сланцы, песчаники, конгломе­ раты, углисто-глинистые и углистые сланцы. При этом в пер­ вой преобладающими являются песчанистые сланцы и песча­ ники, во второй — глинистые сланцы.

В сложении покровной толщи, залегающей выше угленос­ ной свиты, участвуют верхнемеловые отложения, третичные образования и четвертичные образования.

Литологические горизонты покровной толщи следующие: почвенный слой, бурые глины и суглинки, кварцевые пески, опоковые глины, кремнистые опоки.

Угленосные отложения бассейна дислоцированы в две син­ клинальные структуры асимметричной формы, разделенные ан­ тиклинальным поднятием. Основные складки, вытянутые в ме­ ридиональном направлении, осложнены вторичной, более мел­ кой складчатостью. Складки разорваны целой серией дизъюнк­ тивных смещений. Наряду с мелкими, быстро затухающими смещениями имеются крупные смещения регионального харак­ тера.

Угольные пласты, залегающие свитами (от 5 до 30 пла­ стов), характеризуются довольно сложной формой (складки, смещения) и непостоянством мощности. В бассейне имеют распространение тонкие, средней мощности и мощные пласты.

47

рых участках применяются открытые разработки угольных пластов.

Подземная разработка в зависимости от условий залегания и мощности пластов производится длинными столбами по про­ стиранию и сплошной системой. Мощные пласты разрабаты­ ваются наклонными слоями в нисходящем порядке. Управление кровлей — преимущественно полное обрушение. При разработке мощных крутопадающих пластов иногда применяется полная закладка выработанного пространства породой, добываемой из карьеров, расположенных на выходах пластов.

Глубина горных работ незначительная. В основном разра­ батываются первые и отчасти вторые этажи.

Наблюдения за сдвижением земной поверхности и горных пород в Челябинском бассейне впервые начаты в 1932 г. (шахта № 2). В 1934—1935 гг. наблюдения проводились мест­ ными маркшейдерскими бюро по заданию проектно-исследо­ вательского отдела Свердловского горного института на семи наблюдательных станциях шахт центрального месторождения (№ 22, 23, 5, 7/8, 4/6). При этом четыре станции состояли из квадратной сети реперов, а три — из профильных линий.

В1935 г. силами маркшейдерского бюро шахты № 2 за­ ложена станция, состоящая из трех профильных линий для изучения сдвижений поверхности при разработке пласта с мокрой закладкой. Наблюдения в период 1932—1935 гг. про­ водились по упрощенной программе (нивелировки) на профиль­ ных линиях временного типа, быстро утративших свое значение. Эти наблюдения выявили главным образом скорость проте­ кания сдвижений и величину оседаний земной поверхности.

В1935—1936 гг. Уральским филиалом ЦНИМБ (инженеры

В.Я. Безладнов и Е. Н. Мартынова) проводились наблюдения на двух наблюдательных станциях, заложенных в 1935 г. на шахтах № 7/8 и 4/6 Центрального месторождения.

В1936 г. бригадой ВУГИ (Г. И. Гойхман, А. Д. Панов) в связи с решением вопросов управления кровлей проводились

жинах были поставлены наблюдения за смещением всей толщи пород.

В 1939—1940 и 1943 гг. наблюдения за сдвижением поверх­ ности производились маркшейдерским бюро шахты № 4/6 (маркшейдер Гурко) и маркшейдерским бюро треста Еманжелинуголь (инж. Д. Г. Борисенко).

В этот период заложено 15 профильных линий на шахтах

№4/6, 19-а, 18-наклонная и 18-бис.

48

Наибольший размах получили работы в 1944—1946 гг. Эти работы проводились Уральским филиалом ЦНИМБ — ВНИМИ на шахтах Копейского (Центрального), Еманжелинского и Ка­ мышинского месторождений.

Постановка наблюдений на Камышинском месторождении наряду с другими задачами преследовала цель изучения про­ цесса сдвижений при наличии мощных кайнозойских отложе­ ний, а на Еманжелинском — изучение процесса в условиях на­ рушенного залегания мощных крутопадающих пластов.

В1944 г. были заложены четыре новые наблюдательные станции, восстановлены и реконструированы пять ранее зало­ женных станций (табл. 8) и проведены наблюдения на них.

В1945 г. проводились повторные наблюдения на станциях

№1,4 ,5 —10 и заложена профильная линия 30-а (шахта № 18-бис). Сгущенные во времени наблюдения на этой линии позволили охарактеризовать процесс сдвижения при выемке мощного пла­ ста на глубине 90—100 м. Одновременно были обследованы случаи подработки сооружений в бассейне.

Впоследующие годы с целью накопления данных для обо­ снования Правил охраны сооружений от вредного влияния горных разработок закладывались новые станции и ежегодно проводились повторные наблюдения.

Параллельно с этим ставились исследовательские работы по изучению условий подработки подъездных железных дорог, исследованию деформаций промплошадок и т. д.

По первому вопросу в 1946—1947 гг. на специальных на­ блюдательных станциях (№ 13, 14, 15, 18) были собраны об­ ширные материалы, положенные в основу рекомендаций по подработке железных дорог [42].

Наблюдения за оседанием промплощадок и деформацией промплощадок и шахтных стволов в связи с дренированием глинистых сланцев начаты в 1946 г. Они проводились на шах­ тах № 45 (наблюдательная станция № 12), 4/6, 7/8, 38, „ЮжноБатуринская** и др.

Для детального изучения динамики процесса сдвижений земной поверхности с 1945 г. периодически ставились частот­ ные наблюдения на отдельных профильных линиях и специ­ альных. станциях (наблюдательная станция № 24 и др.).

В 1947 и 1949 гг. одновременное наблюдениями на поверх­ ности проводились наблюдения за оседанием кровли в очист­ ных выработках (шахты № 27 и 45).

Интересные данные, характеризующие сдвижение коренных пород и наносов, получены в 1949—1950 гг. из наблюдений за смещением реперов в подрабатываемых шурфах (шахты № 45

и42 „Капитальная11).

В1950 г. изучались деформации зданий на промплощадке шахты № 27, подработанной в связи с погашением шахты (глубина разработок 17—110 л/, угол падения пластов 65—75°).

Здесь была заложена наблюдательная станция из 22 стенных и 30 грунтовых реперов.

Наблюдения в период с 1944 по 1950 г. проводились Ураль­ ским филиалом ЦНИМБ — ВНИМИ под руководством инжене­ ров И. И. Пономарева (1944—1945 гг.), затем Д. А. Кичигина (1946 г.) и, наконец, И. А. Петухова (1947—1950 гг.). По мере накопления новых данных периодически производилось обоб­ щение материалов наблюдений.

Начиная с 1951 г., систематические наблюдения за сдвиже­ нием горных пород в Челябинском бассейне прекращены. Во­ зобновление их в более или менее широких масштабах ока­ жется целесообразным лишь при переходе горных работ на более глубокие горизонты.

50