книги / Сдвижение земной поверхности под влиянием горных разработок

производились в 1934 г., а затем в 1936 г. Наблюдения пока­ зали малое оседание поверхности (20 мм за 2 года), которое было близко к окончательному, так как уже в 1936 г. отме­ чено почти полное прекращение оседаний. Малая величина оседания поверхности объяснялась применением камерной си­ стемы разработок с выкладкой породных полос внутри камер (ширина камер 18—20 м, ширина целиков 8—10 м).

Наблюдения в шахте показали, что при этой системе раз­ работок оседание кровли камер не превышало 250 мм.

Ввиду незначительного оседания поверхности углы сдвижения по обычно принимаемым в этих случаях критическим дефор­ мациям определить не представилось возможным. Были опре­

вдальнейших наблюдениях за сдвижением горных пород.

Вконце 1950 г. производство наблюдений было поручено Союзмаркштресту, который весной 1951 г. приступил к за­ кладке профильных линий на шахте № 2 и к наблюдениям на них. Наблюдения проводились под руководством инж. Е. И. Со­ коловской на поверхности и в горных выработках.

На поверхности было заложено пять профильных линий, включавших 9 опорных и 175 рабочих реперов. Расстояние между реперами в рабочей части профильных линий состав­ ляло 10—20 м. Опорными реперами служили забетонирован­

наблюдений), забитые в грунт вровень с поверхностью земли. Наблюдения (нивелировки и измерение длин) проводились в период июнь—сентябрь 1951 г. На трех профильных линиях

параллельно с разреженными во времени наблюдениями были поставлены частотные наблюдения. Вследствие сравнительно небольшого периода наблюдений полное оседание поверхности в 1951 г. не было зафиксировано.

Углы сдвижения, найденные главным образом по данным частотных наблюдений, оказались близки к 85°.

Наблюдались следующие деформации и длительность сдви­

3)максимальный наклон кривой оседаний 12 мм/м\

4)максимальное изменение наклонов 4 MMJM2',

5)максимальные сжатия и растяжения 6 мм/м;

6)максимальные горизонтальные сдвижения 60 мм\

61

7) продолжительность периода сдвижения 6—8 месяцев (по данным частотных наблюдений).

Наблюдениями зафиксировано довольно плавное протекание процесса сдвижения земной поверхности — появления трещин не отмечено.

На шахте им. С. М. Кирова производилась подработка шахт­ ного поселка. При этом весьма незначительные повреждения (требующие небольшого текущего ремонта) получил лишь один одноэтажный каменный дом, оказавшийся на краю муль­ ды сдвижений. В двух соседних одноэтажных каменных домах никаких повреждений не было. Во всех остальных домах (деревянных) также не обнаружено никаких последствий под­ работки.

Здесь же подрабатывалась железнодорожная подъездная ветка. Оседание полотна дороги составило около 0,4 м. До­ рога регулярно ремонтировалась (производилась подсыпка), и движение по ней не прекращалось.

Для дальнейшего уточнения полученных данных и опре­ деления параметров, соответствующих полному затуханию сдвижений, Союзмаркштрест наметил проведение заключитель­ ных наблюдений на заложенной станции. Одновременно с этим

яруса. Глубина разработок меньше, чем на шахтах треста Ленинградсланец, и колеблется в пределах от нескольких метров до 40—50 м.

Система разработок—камерно-столбовая (отживающая) и спаренные лавы с частичной закладкой (бутовые полосы) из породных прослойков сланцевого пласта.

Наблюдения за сдвижением земной поверхности были на­ чаты ВНИМИ в 1945 г., а затем продолжались в 1950 г. си­ лами Ленинградского отделения Союзмаркштреста. Последним были заложены наблюдательные станции на шахтах № б, 10 и яКява“ И.

Наблюдения на поверхности сопровождались сопряженными наблюдениями в подземных выработках (с целью определения оседания кровли и деформаций целиков и бутовых полос).

В результате наблюдений зафиксированы максимальные осе­ дания поверхности при работе одной лавы до 0,66 м к при работе двух смежных лав до 0,8 м (при вынимаемой мощно­ сти пласта 2—2,2 м).

При разработке отдельных камер смещение кровли дости­ гает 50 мму которое увеличивается до 0,6 м при последующей: выемке межкамерных целиков.

62

Длительность процесса сдвижений над сдвоенными лавами1 при глубине 30—35 м достигает 80 дней, с максимальной ско­ ростью оседаний в сутки до 90 мм.

Выемка сдвоенных лав вызывает появление на поверхности трещин шириной до 150 мм.

Углы сдвижения были определены по ряду профильных линий и оказались близкими к 85—90°.

Ввиду небольшой глубины разработок и однообразных ге­ ологических и горноэксплуатационных условий проведенные наблюдения вполне достаточны для обоснования рекомендаций

Дортмундских правил. Ширина предохранительной бермы независимо от категории охраняемых сооружений принималась равной 5 м.

На шахте им. С. М. Кирова в 1939 г. были поставлены наблюдения, которые продолжались с апреля 1939 г. до мар­ та 1940 г.

В 1943 г. производство наблюдений за сдвижением поверх­ ности было поручено кафедре маркшейдерского дела Ленин­ градского горного института. Бригадой сотрудников института в составе Н. С. Терентьевой и В. А. Брага под руководством автора в 1943—1944 гг. выполнены следующие работы:

1) проведено заключительное наблюдение (нивелировка) на

до их затухания; 3) произведена съемка трещин с целью получения углов

обрушения.

Общие сведения о наблюдательных станциях приводятся в табл. 11.

По данным проведенных наблюдений определены углы осе­ дания и обрушения, величина оседания поверхности, скорость протекания и длительность процесса сдвижений. Проведенные наблюдения подтвердили правильность принимавшихся ранее углов сдвижения.

Вследствие сравнительно простых и однообразных геологи­ ческих и горноэксплуатационных условий полученные данные

63-

позволили относительно полно и надежно охарактеризовать процесс сдвижения поверхности применительно к наиболее типичным случаям разработки.

Недостаточно изучены деформации земной поверхности при разработке нижнего слоя пласта Главного, так как в 1943— 1944 гг. выемка этого слоя производилась в ограниченных масштабах.

В 1944 г. на основе проведенных наблюдений автором был разработан проект „Правил охраны сооружений от вредного влияния горных разработок на Черемховском угольном место­ рождении". Проект Правил был рассмотрен и утвержден Главным управлением горного надзора в 1950 г. и вышел в свет в 1951 г. Желательно дальнейшее уточнение Правил в части характеристики процесса сдвижений при вторичных под­ работках и при ведении очистных работ на Нижнем пласте.

Б у к а ч а ч и н с к о е м е с т о р о ж д е н и е . Инструменталь­ ные наблюдения за сдвижением поверхности проводились ЦНИМБ (инж. Н. И. Алексеев) в 1937 г., которым на шахте № 1-бис над очистными выработками верхнего горизонта Вто­ рого пласта были заложены две профильные линии.

64

По данным этих наблюдений были получены величина осе­ даний поверхности и характеристика горизонтальных дефор­ маций, а также определены значения угла сдвижения 8 при движущемся забое и несколько значений углов обрушения по данным съемки трещин.

как получены в условиях небольшой глубины разработок (18 м). В последующие годы ЦНИМБ наблюдений не производил.

Украинские буроугольные месторождения

На шахтах Украинских буроугольных месторождений на­ блюдения за сдвижением горных пород проводились Южно­ украинским отделением Союзмаркштреста в 1949—1951 гг. (инж. С. М. Танянский, П. С. Аврушкина, Н. Г. Кравченко, Е. Танянская). Наблюдательные станции были заложены на шахтах № 3 „Байдаковская" (Александрийское месторождение),

тированных, обводненных пород в надугольной толще и не­ большая глубина разработок, что обусловливает пологие углы сдвижения и бурный характер сдвижения горных пород. Для характеристики условий приведем данные, относящиеся к шах­ там № 4 „Юрковская" и № 1 „Христофоровская". На шахте № 4 уголь представлен одним горизонтально залегающим пла­ стом, который на некоторых участках разделяется прослойка­

глубине 40—50 м.

Надугольная толща сложена кварцевыми и глинистыми пес­ ками, мергелистыми и глауконитовыми песками, глинами, суглинками и др. Породы надугольной толщи обводнены. Имеются два основных водоносных горизонта, из которых один располагается непосредственно над пластом угля. Этот гори­ зонт питается за счет атмосферных осадков и сложен в основ­ ном мелкозернистыми песками.

Угольный пласт разрабатывается в два слоя, системой длин­ ных столбов, спаренными лавами. Управление кровлей—полное обрушение.

На шахте № 1 „Христофоровская" (глубина залегания пла­ ста 40 м, мощность 1,8—2,2 м) станция для наблюдений за сдвижением поверхности заложена в 1949 г. Станция вклю­

Р а з д е л II

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА СДВИЖЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПО ФАКТИЧЕСКИМ ДАННЫМ

§ 1. ХАРАКТЕР ПРОЯВЛЕНИЯ СДВИЖЕНИИ. ФОРМА МУЛЬДЫ СДВИЖЕНИЙ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕФОРМАЦИИ

Характер деформаций горных пород и земной поверхности при подземной разработке угольных месторождений зависит от целого ряда геологических и горноэксплуатационных факто­ ров. К этим факторам следует отнести:

1)физико-механические свойства пород и строение толщи (в смысле мощности и чередуемости слоев);

2)угол падения пород;

3)вынимаемую мощность пласта;

4)глубину разработок;

5)гидрогеологические условия (обводненность пород, нали­

чие плывунов, вечная мерзлота, закарстованность);

6)характер рельефа местности;

7)степень естественной нарушенности пород (складчатое

залегание, дизъюнктивные смещения, плоскости отдельности

икливажа);

8)нарушенность пород ранее произведенными горными ра­

ботами (при повторных подработках толщи);

9)способ выемки угля и управления кровлей;

10)форму и размеры выработанного участка;

11)скорость подвигания забоя очистной выработки;

12)полноту выемки угля на разрабатываемом участке. Перечисленные факторы в различной степени оказывают

распространяется на более или менее значительное расстоя­ ние и при определенных условиях достигает земной поверх­ ности. Последнее имеет место при различных размерах вы­ работки в зависимости от состава горных пород, глубины раз­ работок, мощности и угла падения пласта, способа управления кровлей.

Наличие в покрывающей толще мощных слоев крепких по­ род при прочих равных условиях увеличивает минимальные размеры выработки, вызывающей распространение сдвижений

ток). В условиях слабых пород и при небольших глубинах раз­ работок сдвижение поверхности начинается при весьма малом отходе забоя от целика, часто после первой посадки кровли (Подмосковный бассейн, некоторые шахты комбината Украинуглестрой).

На Ткварчельском месторождении по данным наблюдений ВНИМИ (С. П. Колбенков и Н. И. Митичкина) при первичной подработке толщи изолированной лавой сдвижение поверхности начинается после отхода забоя лавы от целика на 0,5 глубины разработок. Такие же данные приводит М. А. Кузнецов, на­ блюдавший за сдвижением горных пород в Ленинском районе Кузбасса.

В зависимости от глубины разработок Н, мощности пласта яг, способа управления кровлей и других факторов сдвижение

поверхности проявляется в различных формах. При —<20, при

71%

работах с обрушением кровли, земная поверхность деформи­ руется весьма сильно. Наблюдается различимое на глаз про­ седание поверхности, образуются широкие трещины над гра­ ницами очистной выработки. При весьма малых глубинах и значительной мощности пласта наблюдается образование про­ валов, которое при слабых породах может иметь место как над очистными, так и подготовительными выработками в случае обрушения последних (Кузбасс, Подмосковный бассейн, Че-

ремховское месторождение). Оседания поверхности при ^ — 20

в зависимости от состава пород могут достигать 70—80% (и несколько более) от вынимаемой мощности пласта, а наклоны

формации могут достигать 20—25 и 10—15 мм/м соответствен­ но, вызывая образование грунтовых трещин.

68

станием размера краев мульды и некоторым уменьшением осе­ даний деформации постепенно убывают и, наконец, становятся безопасными даже для ответственных сооружений.

В отличие от сдвижений земной поверхности характер де­ формаций толщи горных пород в настоящее время изучен

Рнс. 1. Схема обрушения и сдвижения пород над очистным пространством (по Г. Н. Кузнецову)

крайне слабо и может быть обрисован лишь в самых общих чертах.

При выемке пологопадающих и наклонных угольных пла­ стов с обрушением кровли в сдвигающемся массиве можно выделить три основные зоны:

1)зону беспорядочного обрушения пород;

2)зону прогиба пород с разрывом сплошности;

3)зону прогиба без разрыва сплошности.

Первая зона образуется за счет обрушения непосредствен­ ной кровли. Образование этой зоны обеспечивает более спо­ койное движение вышележащей толщи. Однако неполное подбучивание кровли и последующее уплотнение обрушившихся пород вызывают значительный прогиб пластов над зоной беспо­ рядочного обрушения.

Этот прогиб ведет к разрыву сплошности, характерному для второй зоны, Согласно представлениям Г. Н. Кузнецова [38], пласты пород расчленяются на блоки (рис. 1), размер которых зависит от мощности и прочности прогибающихся пластов.

69

По мере удаления от выработанного пространства прогиб пород приобретает все более плавный характер. Трещино­ ватость становится менее интенсивной и, наконец, совершенно исчезает, сменяясь прогибом пород без разрыва сплошности. Такой вид деформаций характерен для третьей зоны.

Развитие третьей зоны может иметь место лишь при сравни­ тельно большом отношении глубины разработок к вынимаемой мощности пласта. В ряде случаев эта зона может совершенно отсутствовать. При наличии мощных наносов, способных к значительному прогибу без разрыва сплошности, третья зона будет соответствовать толще наносов.

При работах с полной закладкой выработанного простран­ ства первая и вторая зоны могут совершенно отсутствовать.

Следует указать на некоторую условность приведенного выше разделения зон. В натуре смена этих зон в большинст­ ве случаев не является четкой и резко очерченной. Кроме того, при неоднородности и различной механической проч­ ности пород толщи, слои с разрывом и без разрыва сплош­ ности могут чередоваться, располагаясь в различных частях разреза.

Размер зоны беспорядочного обрушения определяет харак­ тер сдвижения вышележащей толщи и представляет значитель­ ный интерес при установлении возможности выемки сближен­ ныхпластов в восходящем порядке. В литературе широко известны формулы для определения высоты этой зоны по нор­ мали к пласту в зависимости от мощности пласта и коэф­ фициента разрыхления пород k. Следует отметить, что эти формулы вследствие значительных колебаний и невозможности точного определения k являются весьма приближенными.

Имеющиеся данные фактических наблюдений показывают, что высота зоны сравнительно невелика.

Так, в Челябинском бассейне бригадой ВУГИ (1936 г.) по­ средством бурения скважин на шахтах № 202 и 4/6 зафикси­ рована, высота зоны обрушения в пределах 9—10 м, т. е. 3—4- кратной мощности пласта.

Непосредственно зона обрушений наблюдалась в Челябин­ ском бассейне на Коркинских карьерах.

Здесь открытыми разработками была обнажена толща по­ род, подработанная очистными выработками шахт № 29, 27 и 19. Замер зоны обрушений показал, что высота ее не превы­ шает полуторной мощности пласта.

И. А. Петухов, основываясь на приведенных данных, при­ шел к выводу, что высота зоны обрушения в . Челябинском бассейне не превышает двойной мощности пласта при наличии

70