книги / Сдвижение горных пород на рудных месторождениях
..pdfбассейне, произведена их контурная съемка и собран материал по геологии и горным работам. Анализ собранных материалов по казал, что углы воронкообразования изменяются в пределах от 85 до 100° и более. Установить различия в значениях углов v для первичных и вторичных воронок не представилось возможным. Поэтому для построения границ зон возможного образования во ронок с некоторым запасом приняты минимальные углы вороикообразования, одинаковые для первичных и вторичных воронок и оди наковые во всех направлениях и для всех групп залежей — v = = 85°.
При построении границ зон возможного образования воронок (рис. 10) углы v в сторону падения залежи и по простиранию строятся от границы горных работ на глубине II—2,5 Ьп (где Ь„ — длина залежи по простиранию). При разработке слепых залежей с глуби ной залегания верхнего контура залежи Н3 > 2 ,5 Ьп процесс обрушения налегающих пород не доходит до контакта коренных пород с наносами, и такая слепая залежь должна быть отнесена к III группе. При разработке залежей с длиной по простиранию до 70 м сдвижение поверхности за контуром установившейся во ронки не наблюдается. В связи с переходом на разработку глубоких горизонтов эта подгруппа залежей в настоящее время в Криворож ском бассейне представлена небольшим количеством залежей.
Другая подгруппа залежей ограниченных размеров 12 с длиной по простиранию от 70 до 350 м имеет в бассейне довольно широкое распространение. Характер развития и параметры процесса сдви жения горных пород при разработке этих залежей изменяются в за висимости от изменения соотношения размеров выработанного про странства и глубины горных работ. При разработке верхнего горизонта залежей, выходящих под наносы, породы висячего бока обрушаются и на земной поверхности образуются воронки. После дующая отработка нижележащих этажей приводит к объединению воронок в один общий провал. При глубине разработки Н ^ 1,3 Ln углы разрывов могут принимать минимальные значения, поэтому Правилами охраны сооружений для построения границ зон опас ных сдвижений в этом случае рекомендуются с некоторым запасом
следующие значения углов |
сдвижения |
и разрывов: |
р = р" = 60°, |
Y = Y" = 80°, |
Ô = Ô" = 85°. |
При проведении горных работ на глубине II ^ 1,3Ьп вследствие бокового защемления слоев пород на торцах залежи происходит задержка в обрушении пород висячего бока, увеличение углов раз рывов Р" и в конечном итоге прекращение роста зоны обрушения на земной поверхности. Правилами охраны сооружений в этом слу чае рекомендуется строить предельный контур зоны опасных сдви
жений земной |
поверхности. |
|
|
Характерным примером залежей подгруппы 12 является залежь |
|||
«Пужмерки-1», |
разрабатываемая |
рудником им. |
Орджоникидзе |
(рис. 11). На верхних горизонтах |
(до гор. 447 м) |
она имеет длину |
Рис. 11. Развитие зоны обру шения при разработке залежи «Пужмерки-1» рудника им. Ор джоникидзе:
а — план поверхности; б — разрез вкрсст простирания; в — вертикаль ная проекция
по простиранию около 150 м, а ниже — сливается с другой столбо образной залежью «Пужмерки-бис» и увеличивает длину по про стиранию до 200 м. Угол падения залежи 60°, мощность около 50 м. Породы висячего и лежачего боков залежи представлены разновид
ностями |
роговиков и джеспилитов с коэффициентом крепости / = |
= 6 -т-12. |
Залежь разрабатывается системой подэтажных штреков. |
С 1938 г. очистные работы понизились на 510 м. До 1941 г. залежь
была полностью отработана до гор. 212 |
что вызвало образование |
провала под углом разрыва Р" = 75°. |
Контур этой зоны почти |
не изменил своего положения к моменту возобновления очистных работ в 1947 г., что позволяет считать значение угла |5" = 75° наиболее вероятным для глубины Н «=» 1,3 Ьп. Дальнейшая отра ботка залежи, ввиду все большего влияния торцов, сопровождалась образованием в породах висячего бока свода обрушения. Размеры провала на земной поверхности продолжали увеличиваться за счет перепуска обрушенных пород и обрушения нависающего открытого борта провала. Обрушение земной поверхности происходило вне запно, небольшими участками, шириной 5—Юле, и чаще всего было приурочепо ко времени производства массовых подземных взрывов.
За кромкой провала деформации земной поверхности не дости гают критических значений, а оседания не превышают 100—125 лш. С удалением от бровки провала сдвижения постепенно затухают. Ширина зоны плавных сдвижений в направлении вкрест простира ния достигает 100—110 м. Наличие за провалом зоны плавных сдви жений указывает на возможность дальнейшего его роста до образо вания в породах висячего бока устойчивого свода равновесия.
Построение предельного контура зоны опасных сдвижений зем ной поверхности в сторону падения и по простиранию залежи про изводится от контура горных работ на глубине Н = 2,5Ьп. Для залежи «Пужмерки-1», имеющей Ln = 210 м, предельный контур необходимо строить от гор. 527 м. Предельный контур со стороны лежачего бока определяется выходом залежи под наносы, а для сле
пых залежей с |
глубиной залегания Н3 eg |
1,3£п |
— углом у" = 80°, |
Н3 ü>l,3Ifn — |
углом воронкообразования |
и = |
85°. |
Залежи II группы. Разработка залежей этой группы до предель ной глубины вызывает периодический рост зоны опасных сдвиже ний на земной поверхности. По крепости и обводненности пород висячего бока эта группа подразделяется на три подгруппы (см. табл. 2 и 3). Ниже рассмотрим результаты инструментальных наблю дений на залежах подгрупп П х и И 2. Залежи подгруппы П 3 не рас сматриваются, так как процесс сдвижения при их разработке имеет такой же сравнительно плавный характер, что и при разработке
залежей подгруппы |
И 2 и отличается |
лишь |
меньшими значениями |
углов сдвижения и |
разрывов. |
им. |
Коминтерна заложена |
Наблюдательная |
станция рудника |
в 1947 г. над сближенными залежами подгруппы Их — «Основная» и ЦПЗ (центральная параллельная залежь). При прослеживании их на глубину и по простиранию они то сливаются в одно рудное
тело, то разделяются безрудными включениями. Длина залежи «Основная» по простиранию около 700 ль, мощность 30—40 ль, средний угол падения 55°. Висячий бок залежей представлен пере слаиванием роговиков, джеспилитов и сланцев крепостью / = 6-4-12. До глубины 80—100 ль залежи отработаны карьером. Подземная разработка ведется системами подэтажных штреков (ортов) и подэтажного обрушения.
За период наблюдений с 1947 по 1960 г. очистные горные работы по залежам опустились с гор. 197 м до гор. 517 ль, т. е. на глубину более 300 м. Долговременные наблюдения позволили выяснить характер развития и параметры процесса сдвижения висячего бока залежей п проследить изменение их с увеличением глубины раз работки. На рис. 12 представлен наиболее характерный вертикаль ный разрез по профильной линии II (ось 89) с графиками оседаний и векторов сдвижений.
Анализ результатов наблюдений показывает следующее:
1. Сдвижение налегающих пород и земной поверхности происхо дит периодически и всегда приурочено ко времени окончания от работки значительной части этажа и погашения междукамерных целиков и потолочин. Так, бровка обрушения, зафиксированная в 1947 г., является границей зоны обрушения, образовавшейся в ре зультате отработки значительной части залежи в этаже гор. 197 ль. В дальнейшем периодическое появление новых трещин на земной поверхности и увеличение зоны трещин и террас было отмечено в апреле — мае 1950 г., в апреле и августе 1954 г. после сплошной
отработки горизонтов |
соответственно 247, 307 и 367 ль на участке |
|
с длиной по простиранию, примерно равной глубине |
разработки. |
|
2. С увеличением |
глубины разработки происходит |
изменение |
характера и параметров процесса сдвижения. При разработке за лежей до гор. 197 ль породы висячего бока обрушились в форме от рыва отдельных кусков и глыб от массива и беспорядочного их пере мещения в выработанное пространство. На земной поверхности образовался резко выраженный провал под довольно крутыми углами разрывов |3" = 70°.
При отработке следующих трех этажей (гор. 247, 307 и 367 ль) процесс сдвижения пород висячего бока и земной поверхности уже имел другой характер и соответственно ему — другие параметры. Перед появлением новых трещин на земной поверхности разви вается зона плавных сдвижений, причем если при отработке горизонта 247 ль ширина этой зоны составляла около 120 ль, а максимальные сдвижения не превышали 70—80 льль, то при отработке горизонтов 307 и 367 ль ширина зоны плавных сдвижений составила 160— 180 ль, оседания — 140 льль, горизонтальные деформации растяжения — 1,5 льль/ль.
Абсолютные значения сдвижений увеличиваются по мере при ближения к ранее образовавшимся зонам обрушения. Коренные породы висячего бока вначале деформируются в форме плав ного консольного прогиба. Дальнейшее увеличение консольного
прогиба приводит к расслоению пород на отдельные пачки мощностью от 3—4 до 15—20 м и обламыванию их в месте заделки. В резуль тате скорости сдвижения резко увеличиваются и на земной поверх ности образуется новая зона трещин и террас. Угол разрыва Р" при этих глубинах разработки составляет 55—57°. За новой зоной тре щин и террас деформации не достигают критических значений, поэтому углы сдвижения равны углам разрывов.
Характер сдвижения реперов в зоне трещин на земной поверх ности и внешний вид террас с обратными ступеньками показывают, что дальнейшее сдвижение сколовшегося массива на этой стадии развития процесса происходит в форме поворота блоков в сторону выработанного пространства и скольжения их по наклонной поверх ности, проходящей через крайнюю трещину на земной поверхности и соответствующую границу очистных работ. Как показывают век торы сдвижения, в зоне, ограниченной трещиной 1950 г., преобла дало скольжение блоков, а в зоне, ограниченной трещинами 1954 г .,— их поворот. В первой зоне скорости сдвижений изменялись в очень широких пределах, достигая значений 400—500 мм/месяц.
Во второй же зоне трещин, образовавшейся в 1954 г., сдвижение земной поверхности происходило более плавно. Так, скорости осе даний реперов на всем участке, достигнув к концу 1954 г. значений 60—80 мм/месяц, продолжали в дальнейшем оставаться неизмен ными. Такой характер развития процесса позволяет сделать пред положение о том, что выработанное пространство этих этажей пред варительно было заполнено обрушенными породами, перепустивши мися с верхних горизонтов, а сдвижение массива пород висячего
бока здесь происходило в |
основном |
за счет |
уплотнения |
этих |
пород. |
|
м вызвала |
|
|
Разработка залежи шике |
гор. 367 |
за крайней |
тре |
щиной 1954 г. образование зоны плавных сдвижений, ширина кото рой в средней части мульды достигла 250 м. Процесс сдвижения приобрел еще более плавный характер, чем при отработке гор. 367 м. Образование новой зоны трещин наметилось только в 1960 г. Очист ные горные работы за это время понизились почти на два этажа. Угол сдвижения р получился равным углу разрывов Р" и составил 50°. Наибольшие горизонтальные и вертикальные сдвижения к этому
времени достигли |
значений около 300 |
мм, а скорости оседаний |
у границы зоны |
трещин (репер 37) — |
40 мм/месяц. Характерно, |
что наибольшие оседания приурочены к средней части новой зоны трещин.
Изменение характера развития процесса сдвижения земной по верхности и дальнейшее выполаживание угла разрывов связано с изменением характера деформирования коренных пород висячего бока. В результате бокового распора породы висячего бока ниже гор. 367 м получили возможность деформироваться только как плиты, заделанные по краям, для чего, естественно, необходима значительно большая высота их обнажения. Углы разрывов Р" и углы сдвижения Р получили свои минимальные значения.
Границы зон сдвижений, трещин и террас со стороны висячего бока имеют характерную параболическую форму. Максимальные сдвижения и минимальные углы сдвижения имеют место в главном сечении мульды. По мере приближения к торцам углы разрывов р" увеличиваются. В Правилах охраны для Криворожского бассейна даны соответствующие рекомендации для построения закруглений границ зон опасных сдвижений в торцах залежей группы II.
Углы сдвижения коренных пород по |
простиранию ô (так же |
||
как и |
р = Р") равны углам разрывов |
ô". |
Последние же, как пока |
зали |
инструментальные наблюдения |
на |
профильных линиях № 8 |
и 10, |
находятся в пределах 85—90°. |
|
|
Наблюдательная станция шахты № 5 рудника им. Фрунзе рас положена над пластообразными залежами Глееватского пласта, от носящимися к подгруппе П 2. Длина их по простиранию от 300 до 1000 .и и более, падение — западное, под углом 50—70°. Ниже развитие процесса сдвижения рассмотрено на примере разработки наиболее мощной залежи «Северная». Залежь имеет северное скло-
пение под |
|
углом |
10—25°. Мощность ее в северной части достигает |
50 лц а в |
южной |
резко уменьшается и составляет в среднем 3 м. |
|
В висячем |
боку |
залегают охристо-глинистые сланцы / = 2 -г 3, |
а в лежачем боку — довольно устойчивые аспидные сланцы и ро говики с / = 8 -г- 12. Наносы представлены суглинками и глинами общей мощностью 30—40 м. Залежь разрабатывается системой под этажных штреков.
Результаты наблюдений с 1953 по 1966 г. показали, что наличие слабых пород в висячем боку залежи, даже в случае довольно боль шой вынимаемой мощности, способствует более плавному харак теру развития процесса сдвижения земной поверхности. Воронки обрушения на земной поверхности образуются в основном лишь при разработке первого верхнего горизонта. В районе профиля II (рис. 13), где залежь в результате склонения погружается на глу бину около 140 м и становится слепой, сдвижение земной поверх ности происходит без образования воронок обрушения. Отработка залежи отдельными камерами началась в 1951 г., а наибольшие скорости сдвижений до 1955 г. не превышали 10 M M Jмесяц.
Начало активного развития процесса сдвижения относится к 1955—1956 гг., когда была отработана значительная часть этажа горизонтов 225—280 лц наибольшие скорости оседаний достигли
80мм)месяц.
Трещина над верхней границей выработанного пространства,
появившаяся в 1956 г., до настоящего времени продолжает оста ваться не только границей зоны трещин и террас, но и границей зоны опасных сдвижений со стороны лежачего бока. За этой трещиной имеют место плавные сдвижения, но деформации не достигают кри тических значений. Поэтому у" = у = 68° при ап = 57°. В сторону падения залежи периодически появляющиеся трещины увеличивают размеры зоны трещин и террас. Трещины на земной поверхности в висячем боку залежи появляются при оседаниях 100—300 лме,
горизонтальных деформациях 6—8 мм/м п скорости оседания более
10мм}месяц.
За крайней трещиной возникает зона плавных сдвижений с де
формациями, превышающими критические значения. Угол разрывов
Рис. 13. Вертикальный разрез по профильной линии И наблюдательной станции шахты № 5:
а — горизонтальные деформации; б — оседания; в — разрез вкрест простирания
р " = 55 ч- 60°, угол сдвижения |3 = 45 н- 50°. С увеличением глу бины разработки точки максимальных сдвижений и деформаций земной поверхности перемещаются в сторону падения залежи вслед за перемещением центра очистных работ. Соответственно и век торы сдвижений отдельных реперов с течением времени изменяют
свое направление. Последнее указывает на то, что прогиб слоев пород над выработанным пространством сопровождается сдвигом по напластованию. В средней части мульды сдвижения четко вы
деляется зона сжатия (е1с_17 = |
—84 мм/м), а |
в периферийных |
ее частях — зоны растяжения |
(е26_27 = +57 |
мм/м). Численные |
значения максимальных деформаций растяжения не могут быть характерными, так как они приходятся на участки с трещинами и разрывами. Максимальные оседания за период с 1953 по 1965 г. составили 7,38 м. Раскрытие трещин на земной поверхности со сто роны висячего бока и величина смещения по ним (ступенька) не пре вышают 0,4 м.
С увеличением глубины разработки наблюдается уменьшение максимальных скоростей сдвижения. Так, если в 1958 г. при от работке горизонтов 225 и 280 м наибольшие скорости оседаний в центре мульды сдвижения составляли 80 мм/месяц, то уже к 1965 г. они уменьшились в 1,5—2,0 раза и составили 40—50 мм/месяц.
Результаты наблюдений по другим профильным линиям этой станции показывают, что процесс сдвижения имеет такой же харак тер, но абсолютные значения наибольших сдвижений и деформаций в связи с меньшей вынимаемой мощностью соответственно меньше. При разработке залежи шахты № 3 до глубины 125—175 м при вы нимаемой мощности залежи менее 3 м процесс сдвижения земной поверхности проявился лишь в форме воронок над выходом залежи под наносы и оконтуривающей их со стороны висячего бока зоны плавных сдвижений без трещин и разрывов.
В результате прекращения очистных работ на залежах «Южная», шахты № 5 и шахты № 3 представилась возможность установить время затухания процесса сдвижения земной поверхности. Про должительность периода затухания зависит от глубины разработки
и составляет при глубине 125 |
м — 4 месяца, |
при глубине 175— |
|
220 м — 14—16 месяцев после |
прекращения |
очистных работ. |
|
Наблюдательная станция шахты |
№ 10 рудника Ингулец зало |
||
жена в 1958 г. над крутопадающей |
пластообразной залежью Лих- |
мановского пласта, залегающей непосредственно под наносами
(рис. 14). Падение залежи до глубины 300—400 м условно |
запад |
|||
ное под углом 85—90°, ниже |
оно переходит в восточное и по мере |
|||
приближения |
к южной границе шахтного поля |
выполаживается |
||
до 45 —50°. |
Длина залежи |
по простиранию |
составляет |
более |
1000 лг, мощность не превышает 15 м. Залежь также относится к под группе I I 2.
Непосредственно в висячем боку залежи (запад) расположены
весьма неустойчивые глинисто-охристые сланцы |
мощностью |
20— |
||
60 м с коэффициентом крепости / = 1,5 |
-ь 3,0, |
затем |
идут |
зна |
чительно более устойчивые джеспилиты |
(/ = 8 |
-f- 10), |
роговики, |
амфиболиты и мигматиты. В лежачем боку (восток) залегают дже спилиты и роговики. Наносы представлены лёссовидными суглин ками, глинами, песками и известняками общей мощности до 80— 100 м; в наносах встречаются плывуны.
Граница зоны опасных
сддижении |
t'J6! - 1965г.г |
1 2 3 4 5 6 7В |
!1 20 zi гг гэ |
Рис. 14 Вертикальный раз рез по оси 57 шахты № 10 рудника Ингулец.
Даты наблюдений: 1 — 1958 |
г., |
|
г — 1959 г., 3 — 1960 г., |
4 — |
|
1961 г., 5— 1962 г., С— 1963 |
г., |
|
7 — 1964 г., 8 — 1965 |
г. |
|
9 10 ц 12
З^Ьгро
1
V/
%
о
И(JQгп)
1_ 3
1958 1959 I960 1961 1962 1963 1968 1965
Годы