Контроль за сдвижением горных пород и охрана сооружений

Породы, окружающие горные выработки (пустоты), под действием силы тя­жести и горного давления стремятся заполнить образовавшиеся пустоты и при­ходят в движение, что обусловливает развитие процесса сдвижения. Сдвижение горных пород может достигать поверхности земли. Процесс сдвижения слагается из оседаний (перемещение пород по вертикали) и горизонтальных перемещений (деформаций). Часть толщи горных пород, затронутая процессом сдвижения, но­сит название зоны сдвижения. Зона сдвижения на поверхности земли проявляется в виде образования пологой впадины, называемой мульдой сдвижения (рис. 111.30). Границы зоны опасных сдвижений и зоны трещин на земной по­верхности определяются относительно границ выработанного пространства соот­ветственно углами сдвижений (3, рь 7, б и углами разрыва f3'{, 7" и-6" в коренных породах и углами ф" ф и — в наносах и выветрелых породах.

Углами сдвижения и разрыва определяют соответственно границы зоны опасных сдвижений и зоны трещин: р и Р" — со стороны висячего бока; рх и (3'{ — в лежачем боку залежи от нижней границы выработанного пространства; у и 7" — в висячем боку залежи от верхней границы выработанного простран­ства; 6 и 6" — по простиранию залежи от нижней границы выработанного про­странства.

По отношению к предохранительному целику угол |3 определяет его верх­нюю границу, угол у — нижнюю границу, угол б — границу по простиранию залежи и угол рх — верхнюю границу со стороны лежачего бока залежи..

Углы сдвижения зависят главным образом от физико-механических свойств горных пород, углов падения рудных тел и вмещающих пород, их мощности, глу­бины залегания, системы разработки. Об их величине ориентировочно можно судить по данным табл. III. 18.

Безопасная глубина разработки, при которой деформация земной поверх­ности не вызывает вредных последствий для подрабатываемых объектов, опре­деляется формулой

#6= го/Сб, (Ш.77)

где Кб — коэффициент безопасности, определяемый из наблюдений.

В правилах охраны все сооружения делятся на три категории охраны. К пер­вой категории

относятся самые важные и опасные для подработки сооружения.

 

 

 

Рис. III.30. Зоны сдвижения на поверхности земли:

а, в — разрезы вкрест простирания месторождения; б — разрез по простиранию; / —муль­да сдвижения;

2 — наносы

 

 

 

Коэффициент кре­пости пород f	Угол падения пород ап или рудного тела ар.т, градус	Углы сдвижения и разрыв, градус
β	γ	β1	δ
Слоистое строение пород (осадочные)
	0-30	55—45		—
	31-45	45—40		—
f< 5	46-60		—	(aп-5)*
	61-80	40—45	—
	81-90	45—50	—
	0-30	60—50	δ	—	55+1,5f
f>5	31-45	50—45	δ	—	То же
	46-60	45—40	—	αп	»
	61-80		—	αп **	»
	81-90	40—50	—	60***	»
Не слоистое строение пород
5<f< Ю	0-	-30			__
Слабой и средней	31-	-50			—
трещиноватости	51-	-80		—	αР.Т
	81-	-90		—

Углы сдвижения и разрыва при полной подработке Таблица III.18

*не более 50

**не более 65

***при α_п>80 β₁- β, или f_л.б<f_в.б

 

 

 

 

Рис. III.31. Наблюдательная станция за движением горных пород:

1-мульда сдвижения: 2-выработанное пространство

 

Коэффициент безопасности /Сб Для первой категории составляет 150, для вто­рой — 100, для третьей — 50.

Изучение процесса сдвижения горных пород и земной поверхности ведется при помощи натурных инструментальных наблюдений, на моделях и теоретически.

Для проведения натур­ных инструментальных на­блюдений на поверхности земли в подземных горных выработках и подрабатыва­емых объектах (у железных дорог, трубопроводов и т. д.) закладываются специальные наблюдательные станции.

Наблюдательная стан­ция представляет собой си­стему реперов, заложенных до начала подработки, в пло­скостях главных сечений мульды сдвижения в объек­тах, у объектов и в шахте. Одна из таких станций (рис. III.31), состоит из линий ре­перов, заложенных на по­верхности земли по падению рудного тела (/—/ и //—//) и по простиранию (/// —III). На каждой профильной ли­нии размещают рабочую Рис- UI.31. Наблюдательная станция за сдвижением

часть, находящуюся В пределах мульды, и опорную,

 

 

Рис. III.32. Конструкция опорного репера

 

находящуюся в зоне, не охваченной сдви­жениями. Опорные реперы /?ь /?., и т. д. (рис. 111.32) закладываются за пределами ожи­даемой мульды сдвижения на расстоянии 50 м от ее границ. Расстояние / между рабочими ре­перами (1,2,3...) определяется в зависимости от глубины разработки Я. Так, при Я =50 м / = 5 м, при Я = 100 м / = 10 м, при Я = = 200 м / = 15,0 м и т. д.

Смещение реперов в рабочей части про­филя определяется относительно опорных ре­перов. Сдвижение реперов в горизонтальной плоскости определяют путем измерения расстоя­ний между реперами рулеткой, отклонение ре­перов от створа профильной линии измеряется теодолитом. Вертикальное оседание реперов определяется геометрическим нивелированием. Чем быстрее протекает процесс сдвижения, тем чаще следует проводить наблюде­ния. Углы сдвижения р, у и б определяются графически на разрезах вкрест простирания и по простиранию залежи.

Маркшейдерские наблюдения за сдвижением горных пород в шахте про­водятся с целью определения напряженного состояния и давления горных пород, окружающих выработки.

Реперы наблюдательных станций обычно закладываются парами (в кровле и почве) так, чтобы их центры находились на одной отвесной линии.

В подготовительных выработках дополнительно закладываются реперы в боковых стенках. Относительные смещения реперов в вертикальной плоскости определяются с помощью телескопических стоек.

Метод моделирования дает представление о характере сдвижений и дефор­маций толщи пород и земной поверхности.

Теоретические методы в основном базируются на допущении, что толща пород между горными выработками и поверхностью земли представляет собой сплошную среду, в которой под действием горных разработок возникают упругие пластические деформации.

Меры охраны сооружений и объектов на земной поверхности выбираются в зависимости от их категорий, конструктивных особенностей, протяженности, высоты, характера эксплуатации и т. д. Границы предохранительного целика определяются плоскостями, проведенными под углами сдвижения от границ охраняемой площади (рис. II 1.33).

Для отдельных зданий и объектов небольших размеров охраняемая пло­щадка строится в виде прямоугольника, стороны которого касаются внешних углов здания и параллельны (перпендикулярны) линиям падения и простирания залежи.

Стороны охраняемого контура железных дорог, трубопроводов, каналов, рек строятся параллельно оси объектов.

Охраняемый контур с целью запаса увеличивается на размер предохрани­тельной бермы. Берма откладывается одинаковой по простиранию, падению и восстанию залежи. Величина бермы зависит от категории объектов:

20 м — для объектов I категории (стволы, копры, здания подъемных машин; слепые шахты и камеры подъемных машин; районные электроподстанции и элек­тростанции; центральные компрессорные станции производительностью более 100 м3/мин, железные дороги МПС; общественные и жилые здания в 4 этажа и более; основные здания заводских цехов и дымовые трубы; русла больших рек);

10 м — для объектов II категории (вспомогательные стволы шахт с копрами и подъемными машинами, капитальные рудоспуски; вентиляторы главного про­ветривания; основные капитальные горные выработки: квершлаги, штольни, откаточные штреки, рудничные электровозные депо и механические мастерские; железные дороги и станции МПС местного значения; административно-бытовые комбинаты, жилые и общественные дома в 2—3 этажа; магистральные водо-газо,

Рис. III.33. Пример по­строения предохранитель­ного целика для ствола и подъемного комплекса, рас­положенных в лежачем боку крутопадающей залежи: / — наносы; 2 — отработан­ная часть залежи; 3 — неот­работанная часть залежи;

4 — охраняемая площадь;

5 —■ ствол; 6 — копер с пунктом погрузки; 7 — зда­ние подъемной машины; граница предохранительного целика

нефтепроводы высокого и среднего давления; компрессорные станции произ­водительностью до 100 м3/мин; шахтные и заводские котельные; высоковольтные ЛЭП и открытые понизительные подстанции на ПО кВ и выше; естественные и искусственные водоемы);

5 м — для объектов III категории (борта действующих карьеров и выездные внутрикарьерные дороги; подъездные рудничные железнодорожные пути; опоры высоковольтных ЛЭП местного значения и открытые части понизительных под­станций на 6 и 35 кВ; водопроводы местного значения; шоссейные дороги; одноэтажные жилые и общественные деревянные дома; линии телеграфной и телефонной связи; парки; канализационные коллекторы).

При построении предохранительных целиков для капитальных горных вы­работок охраняемая площадка располагается выше кровли выработки (рис. III.34) на величину h = 2а при f> 5 и h = За при f < 5, где а — ширина охраняемой выработки.

Построение предохранительного целика производится одним из способов: вертикальных разрезов, перпендикуляров и проекций с числовыми отметками.

 

 

 

 

Рис. 111.34. Пример построения предохранительного целика для слепого ствола и камеры подъемной машины, пройденных в лежачем боку рудной залежи (разрез вкрест простира­ния):

1 — рудная залежь; 2 — ствол слепой шахты; 3 — камера; 4 — руддвор; 5 — границы охранного целика

 

Способ перпендикуляров рекомендуется применять при построении пред­охранительных целиков под вытянутыми диагонально расположенными относи­тельно простирания залежей объектами, а способ проекций с числовыми отмет­ками — при сложном залегании рудных залежей.

Для определения размеров предохранительной потолочины на разрезах по простиранию и вкрест простирания от кровли каждой выработки откладывают вверх отрезки, соответственно равные 2аъ 2аъ 2а3 (где а — ширина выработки), определяющие размеры потолочины для охраны ствола, камеры и руддвора (см. рис. II 1.34). На площадку, отстоящую от верхней части ствола на величину 2а3, проектируют наружные стенки крепления ствола, и от них в обе стороны откладывают бермы, равные 20 м. От предохранительных берм под соответству­ющими углами сдвижения проводят охранные плоскости. На разрезе вкрест простирания этими углами будут р и pL = а.п- Плоскость, проведенная под углом Pi — ctn, определит границу предохранительного целика со стороны вися­чего бока. Охраняемая площадка для камеры подъемной машины, построенная по величине 2аъ располагается несколько ниже охраняемой площадки для ствола. На эту площадку проектируют внешнюю стенку камеры и, отложив 20-метровую берму, проводят охранную плоскость под углом р. Таким образом, полу­чают границу предохранительного целика со стороны лежачего бока. Аналогич­ным образом определяют границы предохранительного целика на разрезе по простиранию.

Контуры предохранительных целиков, а также зон опасных сдвижений после их утверждения должны быть нанесены на соответствующие графические документы — планы поверхности, совмещенные погоризонтные планы горных работ, разрезы вкрест простирания и по простиранию рудных залежей и т. д.