книги / Сдвижение земной поверхности под влиянием горных разработок

(6—8 м) крутопадающими пластами колеблется от 0,4 до 4,5 т (где т — мощность пласта).

По наблюдениям в квершлаге шахты им. Ворошилова (Прокопьевский район) высота зоны обрушения в висячем боку

v у vT"

S o w прогиба пород *~ б ез разры ва

сплош ности

Зона прогиба с разрывом Сплош ност и

Зона беспорядочного обриш енип пород

Рие. 2. Схема сдвижений горных пород на разрезе вкрест простирания пласта

ботки крутопадающих пластов, где обрушение пород кровли часто имеет незначительное развитие ввиду перепуска наносов или обрушившихся пород с вышележащих горизонтов.

В соответствии с указанным выше делением деформирован­ ного массива на три основные зоны грубо можно представить сдвижение пород схемой, приведенной на рис. 2.

На рис. 2 дан разрез (вкрест простирания) толщи пород, нарушенной выемкой пологопадающего пласта. Непосредст­ венно над выработкой располагается зона беспорядочного об­ рушения пород. Выше следуют вторая и третья зоны. В ниж­ ней части второй зоны вследствие сильной деформации пород и нарушения связи между отдельным блоками последние мо­ гут относительно свободно перемещаться, повторяя оседание пород зоны беспорядочного обрушения.

Меньшая нарушенность пород и усиление связи между бло-. ками в направлении к границам зоны сдвижений обусловлива­ ют образование области АВС, где блоки расчлененных слоев пород занимают положение, параллельное плоскостям напла­ стования. Эта область характеризуется наибольшими сдвиже­ ниями пород.

71

Такой характер сдвижений обусловливает образование про­ гиба слоев в форме тарелкообразной мульды с плоским дном в пределах зоны АВС.

По мере удаления от пласта ширина этой зоны сокращается, и вследствие усиления жесткости прогибающихся слоев та­ релкообразная ф'орма мульды переходит в чашеобразную,

наблюдаться непосредственно над кровлей выработки.

Связь высоты зоны наибольших сдвижений с размером вы­ работки обусловливает образование мульд различной формы при разных глубинах разработки. Так, если расстояние от того или иного слоя покрывающих пород до кровли выработки отно­ сительно невелико по сравнению с отходом забоя лавы от целика

образную форму. При пологом или горизонтальном залегании пласта такую же форму будет иметь прогиб земной поверх­ ности (рис. 3, 4).

Необходимость разграничения указанных форм прогиба впервые подчеркнута автором. Однако это обстоятельство до сих пор не учитывается в должной мере, что приводит к не­ достаточно четкой и правильной трактовке зависимости число­ вых значений деформаций и их распределения в мульде от глубины разработки и размеров выработки. Часто исходят из-

72

-сдвижений 2 и горизонтальных деформаций 3 также имеют сим­ метричную форму (рис. 6).

Характерными точками кривой оседаний 1 являются:

1) точка О наибольшего оседания. Эта точка при горизон­ тальном или весьма пологом залегании располагается в центре мульды;

2) точки перегиба Е и Elf располагающиеся примерно по середине между точкой О и граничными точками мульды А и В. В точках перегиба кривая оседаний обладает максималь­ ными наклонами.

Кривая горизонтальных сдвижений 2 имеет два максимума, отвечающих наибольшим горизонтальным сдвижениям точек вправо и влево по сечению. Абсциссы максимумов этой кривой совпадают с абсциссами точек Е и Ех кривой оседаний. Точка нулевых сдвижений совпадает с точкой О максимума оседаний.

Кривая горизонтальных дефо'рмаций 3 имеет два максиму­ ма и один минимум, из которых первые отвечают наибольшим растяжениям, а второй — наибольшему сжатию. Точки макси­ мальных растяжений располагаются между точками перегиба кривой оседаний и границами мульды. Максимальное сжатие отвечает точке наибольшего оседания.

Распределение вертикальных и горизонтальных сдвижений и деформаций, при горизонтальном залегании пласта, в сечении,

боя. Любая точка поверхности, попавшая в зону влияния гор­ ных разработок, сначала движется навстречу забою. После

7 4

прохождения забоя под точкой направление движения ме­ няется на обратное. Точка начинает перемещаться в сторону удаляющегося забоя, затем направление перемещения посте­ пенно приближается к вертикальному.

Непостоянство направления перемещений в различные мо­ менты времени обусловливает изменение в распределении вертикальных и горизонталь­ ных сдвижений и деформаций по мере подвигания забоя (рис. 11, 12, 13).

Приведенные выше схемы распределения сдвижений и де­ формаций относятся к случаю горизонтального или весьма пологого залегания пластов. Они установлены на основе многочисленных наблюдений в московном и других бассейнах.

Эти схемы справедливы в широком диапазоне изменения угла падения а для сдвижения земной поверхности в сечении по простиранию пласта, а также в плоскости напластования.

Рис. 10. Главное сечение тарелкообразной мульды, параллельное забою выработки: 2—кривая оседаний; 2 —кривая горизонтальных сдвижении; 3—кривая

горизонтальных деформ аций

В последнем случае кривые прогиба слоя, нормального к пло­ скостям напластования, будут идентичны кривой оседаний

75

наблюдается более или менее значительное отклонение от нормали (рис. 14).

Такое направление сдвижений подтверждается многочис­ ленными данными фактических наблюдений в Кузбассе, Челя­ бинском, Кизеловском и других бассейнах.

Так, на рис. 15 показано направление смещения точек по­ верхности по данным наблюдений на шахте № 5/13 треста Сталинуголь, а на рис. 16 — на шахте № 69 Гремячинскога шахтоуправления (Кизеловский бассейн).

Проф. С. Г. Авершин, основываясь на этом, предложил метод приближенного определения составляющих сдвижений

Рис. 13. Кривые горизонтальных деформаций 1, 2, 3 на различные моменты времени в главном

сечении мульды, перпендикулярном забою

в различных сечениях надугольной толщи. Такое направление сдвижений объясняет причину отмеченного в Донбассе при крутом залегании пластов искривления шахтных стволов в случае расчета охранных целиков по завышенным значениям углов р и по „треугольнику сдвижений \

Механизм искривления ствола легко понять из рис. 14. Верхняя часть ствола OF, попадая в зону сдвижений, на раз­ личных горизонтах получает различные горизонтальные сме­ щения. В случае, представленном на рис. 14, максимальное

76

горизонтальное сдвижение претерпит устье ствола О. В на­ правлении к точке D эти сдвижения уменьшаются до нуля, в связи с чем ствол отклоняется в положение ED.

Зависимость направления смещения точек от угла падения пласта в условиях негоризонтального залегания обусловливает и различное распределение деформаций в мульде сдвижений поверхности.

Применительно к наклонному залеганию распределение деформаций и сдвижений показано на рис. 17. Здесь кривая оседаний 1 имеет асимметричную форму. Точка О наиболь-

Рис. 14. Векторы смещения точек поверхности и слоя толщн АВ на разрезе вкрест простирания

шего оседания располагается на линии, проведенной через середину выработок под углом 0. Абсциссы точек нулевых горизонтальных деформаций Е' и Е[ (кривая 3) не совпадают

с абсциссами точек перегиба Е и Ег кривой оседаний. Точно так же абсцисса точки нулевых горизонтальных сдвижений Oi (кривая 2) не совпадает с абсциссой точки максимального оседания.

По данным М. А. Кузнецова и Н. Н. Кацнельсона, наблю­ давших в 1951 г. за сдвижением поверхности на шахтах Ленинского района в Кузбассе, максимальное горизонтальное сдвижение 50 при значениях а до 25° составляет 0,3—0,4 от максимального оседания ij0. По данным И. А. Петухова (Че­ лябинский бассейн), для края мульды, ограниченного углом р, в широком диапазоне изменения а справедлива зависимость

Эта зависимость вытекает из соотношения полного вектора сдвижений с его горизонтальной составляющей при располо­ жении вектора нормально к плоскости пласта (см. рис. 14). Совершенно очевидно, что зависимость (I) не будет справед­ лива при малых и больших углах падения пласта (до 10—15°

77

Рис. 15. Кривые горизонтальных деформаций а%вертикальных сдвижений б, траектории смещения точек в и разрез г (шахта

№ 5/13 треста Сталинуголь, Кизеловский бассейн)

78