книги / Сдвижение горных пород.-1

3. Повторное сжатие пород лежачего бока происходит по ме­ ре отработки междуэтажных и междукамерных целиков. Сжатие толщи пород на уровне нулевого горизонта отмечено после от­ работки. междуэтажных целиков на глубине 135 м, а сжатие пород на уровне первого горизонта после отработки междука­ мерных целиков на глубине 135—190 м.

При двухстадийной выемке рудной залежи, когда на нижнем из отрабатываемых этажей оставляются на некоторый период междуэтажные и междублоковые целики, происходит уменьше­ ние амплитуды сжатия пород в зоне опорного давления и расслое­ ния пород в зоне разгрузки. Уменьшению деформаций пород в зонах опорного давления и разгрузки способствуют также не­ большая мощность залежи и применение закладки выработанно­ го пространства. В таких условиях по мере отработки залежи по­ стоянной мощности будет происходить плавное, сдвижение пород и земной поверхности.

Величина деформаций пород и земной поверхности может быть существенно уменьшена при использовании в качестве за­ кладки увлажненной, малоуплотняющейся смеси рядового за­ кладочного материала с мелочью или хвостами обогатительной фабрики.

ТРУДЫ ВСЕСОЮЗНОГО НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ИНСТИТУТА

ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА

Ин у с . Е.И. Кузнецова

СХЕМЫ СДВИЖЕНИЯ И ГРАНИЦЫ ОБЛАСТИ ВРЕДНОГО ВЛИЯНИЯ ГОРНЫХ РАЗРАБОТОК В ЛЕЖАЧЕМ БОКУ РУДНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ

При подземной разработке рудных месторождений для реше­ ния вопросов охраны сооружений и горных выработок важно знать расположение зон деформирования и сдвижения, а также границы области вредного влияний очистных работ в толще по­ род лежачего бока рудных залежей. Наиболее актуальны вопросы охраны сооружений и горных выработок при подземной разработ­ ке мощных крутопадающих рудных тел больших размеров по дростиранию, в лежачем боку которых залегают слоистые породы с коэффициентом крепости f*s8. Для этих условий автором на основании обобщения данных натурных и лабораторных иссле­ дований, а также литературных источников установлены две основные схемы сдвижения пород лежачего бока рудных зале­ жей.

Схема I (рис. 1) характерна для небольших и средних глу­ бин разработки, когда над выходом отрабатываемой рудной за­ лежи имеется провал.

Схема II (рис. 2) характерна для случаев, когда разработка рудных залежей ведется на больших глубинах и на верхних гори­ зонтах под влиянием сдвижения пород висячего бока возникает боковой распор и происходит зажим обрушенных пород. Эта же схем? справедлива для случаев разработки «слепых» залежей, когда рудный целик или безрудная толща у земной поверхности имеют недостаточные для устойчивости размеры, и происходит их разрушение и сползание без образования провалов.

Многолетними натурными наблюдениями в Кривбассе [1], исследованиями на моделях из эквивалентных материалов [2], исследованиями автора в лабораторных условиях установлено, что при ведении очистных работ в массиве горных пород проис­ ходит перераспределение напряжений и возникают зоны раз­ грузки и опорного давления, которыми обусловливается дефор­ мирование пород и определяется область влияния горных разра­ боток в породах лежачего бока рудных залежей.

В зоне разгрузки в лежачем боку рудных залежей возникают

деформации растяжения, нормальные к напластованию, вызы­ вающие расслоение массива и снижающие устойчивость пород лежачего бока. Размеры зоны разгрузки в popодах лежачего бока по нормали к напластованию существенно зависят от длины про­ лета лежачего бока, не пригруженного породами висячего бока.

В зоне опорного дабления породы лежачего бока испытывают деформации сжатия. Размеры зоны опорного давления в породах лежачего бока как по падению — L*, так и по нормали к нацла-

зона трещин и террас образуется под влиянием разгрузки мас­ сива, в этой зоне возможно беспорядочное обрушение слоев не­ посредственно у контакта с рудным телом, образование трещин расслоения по контактам слоев и сползание пород по напластова­ нию;

зона сжатия — под влиянием бокового распора и опорного давления происходит нарушение естественных связей по поверх­ ностям ослабления, снижается устойчивость пород, векторы сдви­ жения направлены в сторону массива лежачего бока;

зона плавных сдвижений и деформаций без разрыва сплош­ ности пород формируется под совместным влиянием зон разгруз­ ки и опорного давления.

При больших глубинах разработки появляется зона повтор­ ного сжатия — породы лежачего бока, претерпевшие ранее де­ формации сжатия и растяжения, под влиянием распора обру­ шенных пород испытывают повторное сжатие.

Схемы I и II отличаются друг от друга условиями возникно­ вения и хар-актером процесса сдвижения пород лежачего бока.

Схема I. При небольшой глубине разработки, когда на земной поверхности образуются провалы, боковой распор со сто­ роны пород висячего бока незначителен, зона опорного давления практически отсутствуют. Выпирание (выдавливание) слоев в зо­ не разгрузки в этом случае происходит под действием собствен­ ного веса слоев, аналогично изгибу плит, защемленных с одной стороны у нижней границы выработки. Сдвижение пород лежаче­ го бока возникает в результате нарушения предельного равно­ весия при определенном соотношении глубины разработки и проч­ ностных свойств пород и происходит аналогично обрушению призмы пород при открытом борте без подрезки слоев. В толще пород лежачего бока, затронутых сдвижением, образуется только з о н а т р е щ и н и т е р р а с , которая ограничивается слабыми контактами пород, крупными тектоническими трещинами - или дизъюнктивными нарушениями, падающими в сторону вырабо­ танного пространства под углами, большими углов трения по поверхностям ослабления. На земной поверхности, в месте выхо­ да под наносы указанных поверхностей ослабления, образуются трещины разрывов с уступами или террасы. За террасой, в по­ давляющем большинстве случаев, величины вертикальных и го­ ризонтальных деформаций земной поверхности не достигают кри­ тических значений, вследствие чего натурными наблюдениями устанавливают равенство углов сдвижения fi, углам разрывов [3, •

В зависимости от крепости пород лежачего бока и их структур­ ных особенностей такое явление наблюдается при глубинах раз­ работки от 50 до 250 м.

После первого сдвижения пород лежачего бока по мере уве­ личения глубины разработки происходят прогиб и обрушение пород висячего бока, сопровождающиеся сползанием по напла­ стованию пачки пород лежачего бока. При определенной глу­ бине разработки Нпрез в толще возникает значительный боковой распор со стороны обрушенных пород висячего бока, интенсив­ ность сдвижения пород висячего и лежачего боков заметно сни­ жается. По данным натурных наблюдений H npeg зависит, в ос­ новном, от вынимаемой мощности и крепости пород и изменяется примерно от 100 до 350 м. При этих глубинах со стороны лежа­ чего бока в толще пород и на земной поверхности четко оконтуривается граница зоны трещин и террас. У нижней границы выработанного пространства возникает зона сжатия, а за пре­ делами зоны трещин и террас появляется зона плавных сдви­ жений и деформаций без разрыва сплошности пород. При схе­ ме I граница зоны опасных сдвижений на земной поверхности определяется с помощью угла сдвижения . В качестве примеров, иллюстрирующих схему I, могут служить случаи сдвижения по­ род лежачего бока рудных тел на многих рудниках медного Урала.

Схема II. Когда очистные работы ведутся на глубине ниже H npïj), подработанные слои висячего бока получают вторую опору со стороны восстания на участке БК и зависают до очередного обрушения. С появлением зоны повторного сжатия изменяются условия сдвижения пород лежачего бока. Выпирание (выдавли­ вание) слоев в зоне разгрузки происходит аналогично изгибу плит, защемленных с двух сторон — у нижней границы выработанного пространства и в зоне повторного сжатия. Деформирование слоев лежачего бока в зоне1разгрузки в этом случае вызывается собственным весом сползающих слоев, боковым распором обру­ шенных пород у верхней границы и опорным давлением у ниж­ ней границы выработанного пространства. Максимальное выпи­ рание (выдавливание) слоев и наибольшая глубина распростра­ нения деформаций растяжения, нормальных к напластованию, наблюдаются примерно в середине зоны разгрузки (линия ОС). При возникновении предельного состояния в зоне разгрузки про­ исходит обрушение некоторой пачки лежачего бока непосред­ ственно под выработанным пространством. Породы висячего бока, сдвигаясь, частично стягивают нарушенные (расслоенные) породы лежачего бока в зоне повторного сжатия и активизируют сдвижение пород на верхних горизонтах, 'которое происходит в виде сползания слоев по напластованию. В зоне плавных сдви­ жений и деформаций без разрыва сплошности пород под влия­ нием деформаций в зонах разгрузки и опорного давления

увеличиваются величины как вертикальных, так и горизонталь­ ных деформаций. В дальнейшем, по мере отработки рудной за­ лежи описанный выше механизм деформирования и сдвижения пород лежачего бока по схеме II повторяется. Породы лежаче­ го бока попеременно испытывают деформации сжатия, растяже­ ния и повторного сжатия. С увеличением глубины разработки ширина зоны трещин и террас остается постоянной, а область пород, затронутых сдвижением, становится больше, размер зоны повторного сжатия по падению увеличивается, сползание пород лежачего бока замедляется, процесс сдвижения приобретает более плавный характер. При глубине разработки ниже НПре<| новые трещины разрывов на земной поверхности обычно не по­ являются. Примерами сдвижения пород лежачего бока по схеме II могут служить случаи сдвижения пород лежачего бока при разработке мощных рудных залежей Кривбасса на больших

Построение области опасного влияния подземных разрабо­ ток на земной поверхности и в толще пород лежачего бока и векторы сдвижения показаны' на рис. 1 и 2.

ЛИТЕРАТУРА

1. К у з ь м и н В.И. Исследование закономерностей сдвижения гор­ ных пород при подземной разработке межелезорудных месторождений Кривбасса. Автореферат диссертации на соискание учен, степени канд. техн. наук. Л., 1969.

2. Методические указания по постановке исследований сдвижения горных пород на моделях.-Изд. ВНИМИ, 1964.

3. К у з н е ц о в а Е.И. К расчету устойчивости пород лежачего бока кругопадающих рудных залежей при больших глубинах разработки. Труды ВНИМИ, сб. № 83, Л., 1971.

ТРУДЫ ВСЕСОЮЗНОГО НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ИНСТИТУТА

ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА (ВНИМИ)

Канд.техн.наук В.С.Троицкий, инж. В.А.Внуков

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА СДВИЖЕНИЕМ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ В УСЛОВИЯХ ГОРНОГО РЕЛЬЕФА

Наблюдения по профильным линиям реперов

Наблюдения за сдвижением земной поверхности в результате подземной разработки месторождений выполняются по профиль­ ным линиям реперов и сводятся к периодическому измерению длин интервалов и определению-высотных отметок реперов. В ус­ ловиях горного рельефа измерение длин интервалов обычно не

Определение высотных отметок реперов профильных линий, заложенных на крутых склонах, становится весьма .трудоемким и требует применения инструментов повышенной точности.

При проведении наблюдений за сдвижением земной поверх­ ности на Тырныаузском месторождении, расположенном в высо­ когорном районе Северного Кавказа, для определения высотных отметок реперов на 2 профильных линиях применялось геометри­ ческое и тригонометрическое нивелирование. Профильные линии расположены на склонах хребта, углы наклона которых достигают на отдельных участках 40°..

Высотные отметки реперов на профильной линии I—1 опреде­ лялись геометрическим нивелированием. Нивелировка произво­ дилась нивелиром Ni-025 фирмы «Цейс» и прецизионной 3-мет­ ровой рейкой. На каждой стоянке брались отсчеты по правой и левой сторонам рейки при двух горизонтах инструмента.

Профильная линия 1— 1 длиной 400 м состоит из 25 реперов, общее превышение крайних реперов около 80 м. Средняя квадра­ тическая ошибка определения высотной отметки конечного репе­ ра, вычисленная по 4 сериям независимых измерений, не превы­ шает ± 3 .мм. На.выполнение одной серии наблюдений включаю­ щей нивелировку реперов и измерения длин интервалов в среднем затрачивалось 4 ч, из них на измерение длин 1 н.

Тригонометрическое нивелирование реперов выполнялось по профильной линии III—III, состоящей из 8 реперов. Длина ли­ нии 140 м, общее превышение крайних реперов 77 м. Измерение вертикальных углов производилось оптическим теодолитом ТБ-1

соптическим центрированием. Высота инструмента Определялась

спомощью специального приспособления с точностью ± 1 мм. Длины измерялись стальной 50-метровой рулеткой при натяже­ нии 10 кг. Средняя относительная ошибка измерения длин со­

и обратном направлениях. Средняя квадратическая ошибка вы­ соты конечного репераj определенная по разностям-двойных из­ мерений, не превышает ± 8 мм. На выполнениеодной серии на­ блюдений в среднем затрачивалось 2,5 ч.

. Сравнения, точности определения высот конечных. 'репе­ ров геометрическим и тригонометрическим нивелированием при одинаковой величине превышения, равного 80 м, показывает пре­ имущество геометрического нивелирования. Кроме того, точ­ ность геометрического нивелирования в меньшёй степени зави­ сит от неблагоприятных климатических условий, что особенно важно в высокогорных районах.

Опыт трехлетних наблюдений в высокогорных условиях по­ зволяет рекомендовать применение геометрического нивелирова­ ния на склонах с углами наклона до 30°, а при. ровной поверх­ ности склона и до 40°.

Наблюдательные станции упрощенной конструкции

Подработка крутых склонов гор в некоторых случаях при­ водит к образованию обширных оползней. Это обстоятельство следует всегда. учитывать при организации наблюдений за про­ цессом сдвижения в iтаких условиях. Выяснение действительных причин, характера и динамики процесса сдвижения пород и зем­ ной поверхности на участках, где возможно образование ополз­ ней, имеет чрезвычайно важное значение, так как позволяет вы­ брать наиболее действенные и надежные меры охраны зданий, сооружений и природных объектов, попадающих в опасную зону.

Обычно для уверенного суждения о характере и причинах сдвижения того или иного подработанного участка крутого скло­ на необходимо иметь данные о направлении и скоростях сме­ щения нескольких точек этого участка. Такие данные получают

ведение на них наблюдений по полной программе. В этих случа­ ях необходимые данные могут быть получены наблюдениями на