книги / Сдвижение горных пород и земной поверхности под влиянием подземной разработки

—характеристики пород, тектонических нарушений и уголь­ ных пластов, включая сведения об опасности по горным ударам, внезапным выбросам угля и газа и т.д.;

—технологические возможности и ограничения шахты в осуществлении горных мер защиты, порядке отработки лавы и пластов, количестве одновременно работающих лав и т.д.

Охрана зданий и сооружения путем применения горных мер должна осуществляться по проекту, включающему:

—данные о горно-геологических условиях подработки охра­ няемых объектов, планы горных работ и разрезы с нанесёнными на них тектоническими нарушениями, литологией, проектируе­ мыми и ранее пройденными выработками по всем пластам, попадающим в зону влияния на охраняемый объект;

—данные об ожидаемых деформациях земной поверхности при обычном и проектируемом способах извлечения запасов;

—сведения об охраняемых сооружениях, санитарно-техни­ ческих сетях и технологическом оборудовании, необходимые для определения допустимых и предельных деформаций;

—обоснование выбранных мер охраны и ожидаемые техни­ ческий и экономический эффекты от реализации проекта;

—проект наблюдательной станции и программу наблюде­ ний, предусматривающие проведение инструментальных наблюдений за сдвижением земной поверхности и деформация­ ми подрабатываемого объекта.

Конструктивные меры защиты зданий и сооружений осущест­ вляются путем проведения строительно-монтажных работ до, во время или после подработки непосредственно на объекте охраны

(сооружении) или его грунтовом основании и предназначены для снижения деформации объекта от влияния подработки. Известные предложения по конструктивным мерам защиты классифицируются следующим образом:

1. Меры по снижению деформаций основания объекта.

1.1. Меры по снижению горизонтальных деформаций (ком­ пенсационные траншеи, глубокие щели, вертикальные скважи­ ны с заполнением легкосжимаемым материалом).

1.2.Меры по снижению вертикальных деформаций (отделе ние сдвигающихся масс грунта от массива, закрепление части массива).

2.Меры по регулированию деформационных воздействий в основании сооружений и на контакте сооружения с основанием.

2.1.Опускание участков объекта (удалением грунта из-под объекта механическим способом, а также понижением несущей способности основания нагревом, поочередным заморажива­ нием и оттаиванием, химическими реагентами, вымыванием грунта).

2.2.Подъем участков объекта (введением расширяющихся смесей, поочередным замораживанием и оттаиванием с фикса­ цией достигнутого подъема, подбивкой клиньев между фунда­ ментом и грунтом, нагнетанием твердеющих растворов, втрам­ бовыванием бетонной смеси, силикатизацией, обжигом, вибро­ уплотнением).

2.3.Снижение горизонтальных сил (прорезкой основания щелями с заполнением их тиксотропными растворами, устрой­ ством стенок из легкосжимаемых материалов, пропиткой грунта составами, снижающими трение и сцепление).

3.Меры по регулированию деформационных воздействий в конструкциях зданий и сооружений.

3.1.Меры по регулированию фундаментов сооружений (подклинка или вдавливание в грунт фундаментных подушек, вдавливание в грунт подушек с помощью грунтовых анкеров, регулирование толщины швов между подушками и телом фунда­ ментов, разборка части фундаментов с последующим восстано­ влением, разрезка фундаментов вертикальными швами).

3.2.Меры по регулированию надземной части (подклинка между фундаментами и надземными конструкциями, поддом­ крачивание надземной части, частичное удаление материала стен, швов, расклинка горизонтальных швов, выпиливание горизонтальных швов для возможности горизонтальных подви­ жек, разрезка стен вертикальными швами, перекладка участков стен и перекрытий).

4. Меры по усилению конструкций.

4.1.Меры по усилению фундаментной части (поперечные и продольные связи-распорки, железобетонные пояса ленточных фундаментов, армированные отмостки, железобетонные плиты между фундаментами, железобетонные обоймы фундаментов, стальные связи между фундаментами, уширение опоры фунда­ ментов).

4.2.Меры по усилению надземной части (металлические и железобетонные обоймы для стен, инъецирование в стены цементного раствора и клеющих составов, усиление примыка­ ния стен, усиление перемычек, увеличение площади опирания перемычек, балочных конструкций перекрытий, горизонталь­ ные пояса на разных уровнях в стенах, тяжи вертикальные, гори­ зонтальные, наклонные, продольные, поперечные, стальные балки в стенах, железобетонные балки в стенах, шпонки в сте­ нах, раскосы, стойки, накладки плоские и угловые, косвенное армирование).

Выбор мер охраны производится на основе технико-эконо­ мических расчетов.

Меры охраны городов, поселков, промышленных комплек­ сов разрабатываются проектными организациями. Меры охраны должны обеспечивать удовлетворительную эксплуатацию объек­ тов при минимальных затратах на их осуществление и при наи­ более полном извлечении запасов из недр.

Различают общие и частные меры защиты городов, посел­ ков, промышленных комплексов. Общие меры обеспечивают снижение деформаций поверхности под всей застроенной тер­ риторией путем, например, закладки выработанного про­ странства или частичной выемки запасов. Частные меры обес­ печивают снижение деформаций в основании отдельных объектов.

Выбор рационального комплекса общих мер защиты должен определяться технико-экономическим обоснованием и социальными требованиями. Рациональный вариант определя­ ется на основании оценок потерь угля в недрах, дополнительных

затрат на специальные способы ведения горных работ, стоимо­ сти конструктивных мер защиты объектов.

Определение условий безопасной выемки угля в зонах влия­ ния на охраняемые объекты выполняется в следующем порядке:

—устанавливаются конструктивные особенности и техниче­ ское состояние объектов и другие параметры, используемые для определения допустимых и предельных деформаций (показате­ лей деформаций);

—по рекомендациям «Правил охраны» определяются допу­ стимые и предельные деформации (показатели деформаций) основания для объектов;

—определяются безопасная и предельная глубины разработ­ ки пластов на разрезах, строятся горизонты безопасной и пре­ дельной глубины разработки;

—определяются пласты и участки пластов, которые распо­ лагаются:

а) ниже горизонта безопасной глубины разработки; б) между горизонтами безопасной и предельной глубин раз­

работки; в) выше горизонта предельной глубины разработки;

г) отдельно выделяются участки пластов, отработка которых может вызвать образование провалов на земной поверхности, затопление поверхности или существенное изменение гидрогео­ логических режимов, которое может нанести значительный вред природе.

Безопасные и предельные глубины разработок используют­ ся для выбора мер охраны зданий и сооружений при перспектив­ ном планировании горных работ. Безопасные глубины разработ­ ки используются также при построении предохранительных целиков.

Планирование горных работ должно производиться исходя из следующих основных положений:

—ниже горизонта безопасной глубины горные работы в зоне влияния на охраняемые объекты могут вестись без применения горных и конструктивных мер охраны объектов;

—на участках между безопасной и предельной глубиной раз­ работки при ведении горных работ необходимо предусматривать применение раздельно или совместно горных и конструктивных мер охраны объектов.

При проектировании горных работ на участках выше пре­ дельной глубины или участках, разработка которых может вызвать образование провалов, необходимо совместное приме­ нение как горных мер защиты объектов, уменьшающих дефор­ мации как минимум до предельных величин, так и конструктив­ ных мер, обеспечивающих безопасную эксплуатацию объектов.

На стадии перспективного планирования горных работ в каждой зоне планируются принципиальные схемы ведения гор­ ных работ (применение закладки выработанного пространства, разделение пластов на группы, последовательность ведения гор­ ных работ в группах пластов, оставление предохранительных целиков) и намечаются принципиальные конструктивные меры защиты объектов (конструктивные усиления объектов, измене­ ние характера эксплуатации, ремонтно-наладочные и восстано­ вительные работы); выполняется экономическая оценка горных и конструктивных мер защиты объектов.

При пятилетием и оперативном планировании горных работ производится разработка конкретных горных и конструктивных мер защиты объектов на рассматриваемых участках.

Сэтой целью выполняются расчеты ожидаемых сдвижений

идеформаций земной поверхности, отвечающие календарному плану развития горных работ; определяются показатели дефор­ маций для гражданских и промышленных зданий, инженерных сооружений и коммуникаций, уточняются значения допустимых

ипредельных деформаций для зданий и сооружений с учетом подработки объекта несколькими горными выработками в одном пласте или в свите (многократной подработки), конкрети­ зируются горные и конструктивные меры защиты объектов.

При выемке угля под охраняемыми объектами с применени­ ем горных и конструктивных мер охраны или при отступлении от действующих «Правил охраны» угледобывающие или эксплуати­

рующие объект организации должны проводить специальные инструментальные наблюдения за сдвижением земной поверх­ ности, деформациями объектов и технологического оборудова­ ния, изменением гидрогеологических режимов грунтовых вод и водоносных горизонтов с целью своевременной корректировки применяемых мер охраны. Наблюдения должны производиться в соответствии с «Инструкцией по наблюдениям за сдвижением горных пород, земной поверхности и подрабатываемыми соору­ жениями наугольных и сланцевых месторождениях» (М.: Недра, 1989) и «Методическими указаниями по наблюдениям за сдви­ жением горных пород и за подрабатываемыми сооружениями» (Л., 1987).

1.10.4. Подработка природных и специальных объектов

Охрана шахтных стволов. Вертикальные шахтные стволы вместе с копрами и зданиями подъемных машин, как правило, охраняются предохранительными целиками без учета безопас­ ных глубин.

Размеры предохранительных целиков во всех случаях опре­ деляются в зависимости от назначения и глубины ствола, типа крепи (жесткая или податливая) и глубины расположения целиков.

Жесткими считаются крепи из монолитного бетона и желе­ зобетона, кирпича, бетонита, тюбингов, металлических труб и другие, конструктивно не приспособленные к восприятию деформаций от очистных выработок.

Податливыми считаются крепи деревянные, а также из любого другого материала, конструктивно приспособленные к восприятию деформаций от очистных выработок.

Наклонные шахтные стволы охраняются предохранитель­ ными целиками до безопасной глубины разработки, определя­ емой по формуле Н6 = кб - т , в которой значения коэффициента

к6 для различных бассейнов и месторождений приведены в «Правилах охраны».

Безопасная глубина откладывается по вертикали от почвы наклонного ствола.

Если наклонный ствол возведен в подработанном массиве после окончания процесса сдвижения от предыдущей подработ­ ки, то для последующей подработки величина # б, рассчитанная по формуле, увеличивается на 15 %.

При разработке свиты пластов безопасная глубина опреде­ ляется специализированной организацией.

Частичная или полная выемка околоствольных предохрани­ тельных целиков как в процессе эксплуатации шахт, так и в период доработки запасов и ликвидации шахт производится по рекомендациям специализированных организаций с использо­ ванием «Указаний по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР»

(Л.: ВНИМИ, 1986) на основе сравнения расчетных деформаций массива горных пород с допустимыми деформациями для крепи стволов и выбора необходимых горных и конструктивных мер охраны. Конструктивные меры охраны стволов приведены во «Временных указаниях по проектированию, строительству и эксплуатации крепи и армировки вертикальных стволов уголь­ ных шахт в условиях влияния очистных работ» (Л.: ВНИМИ, 1972).

Подработка водных объектов. Опыт подработки искусствен­ ных водоемов показывает, что значительных утечек воды из них не происходит, если под дном водоёма залегают глинистые нано­ сы мощностью более 2 т.

При подработке водных объектов, расположенных на зем­ ной поверхности может происходить затопление отдельных участков мульды сдвижения. Поэтому необходимо определять границы участков предполагаемого затопления и принимать меры по обеспечению сохранности расположенных на них объектах.

Подработка лесонасаждений. Лесонасаждения (леса, парки, скверы) при подработке охраняются от образования под ними про­ валов и появления больших наклонов краев мульды, а также от нару­ шения водного режима в растительном слое. Наклон краев мульды на участке лесонасаждения не должен превышать 100 х 10'3.

Нарушения водного режима на подрабатываемом участке могут проявляться:

а) в затоплении леса скапливающимися паводковыми и атмосферными водами;

б) в затоплении леса вследствие опускания земной поверх­ ности ниже зеркала воды ближайших водоёмов;

в) в повышении уровня грунтовых вод относительно расти­ тельного слоя вследствие оседания земной поверхности;

г) в обезвоживании растительного слоя, вследствие ухода воды по трещинам, соединяющимся с горными выработками.

Меры охраны лесонасаждений на земной поверхности могут быть следующими:

-устройство водоспускных сооружений для отвода воды в существующие водоемы;

-устройство дренажных канав для понижения уровня грун­ товых вод;

-устройство ограждающих дамб.

Подработка породных отвалов и кладбищ. При выемке угля под горящими породными отвалами и отвалами, возгорание которых возможно, горные выработки подлежат охране от про­ никновения в них вредных газов, а при выемке угля под кладби­ щами — от проникновения зараженных поверхностных вод. Безопасная глубина разработки определяется так же, как для водных объектов. Построение предохранительных целиков про­ изводится по углам разрывов.

Территории кладбищ подлежат охране от затопления поверхностными и грунтовыми водами вследствие образования мульд сдвижения. Определение границ участков возможного затопления и применяемые меры от затопления те же, что и для водных объектов.

1.11. Построение предохранительных целиков

Охрана объектов с помощью предохранительных целиков осуществляется в тех случаях, когда расчетные деформации больше допустимых, а применение горных и конструктивных мер по технико-экономическим соображениям нецелесообраз­

но. Предохранительным целиком называют часть полезного ископаемого, оставляемую под объектом (здание, сооружение, водоем и др.), чтобы не допустить его подработки.

Предохранительные целики строятся под охраняемую пло­ щадь, которая включает контур охраняемого сооружения (зда­ ния) и берму для создания запаса надежности. Ширина бермы зависит от типа или категории охраняемого объекта. Для верти­ кальных шахтных стволов она принимается равной 20 м, для шурфов — 10 м, а для зданий и сооружений в зависимости от допустимых деформаций - от 5 до 20 м.

Границы охраняемой площади для отдельных зданий (соору­ жений), у которых отношение длинной стороны к короткой менее 5 м, или для группы зданий определяются на плане следу­ ющим образом. Вначале строится охраняемый контур в виде прямоугольника со сторонами, параллельными линиям прости­ рания и падения пласта и проходящими через угловые точки зда­ ния (зданий). Параллельно сторонам прямоугольника на рас­ стоянии от них, равном ширине бермы, проводят прямые до их пересечения. Отрезки прямых между точками пересечения явля­ ются границами охраняемой площади.

При построении предохранительного целика под железную дорогу охраняемым контуром является основание насыпи, под наземные подвесные сооружения (трубопроводы, канатные дороги и др.) —линии, соединяющие внешние точки опор и т.д.

Построение предохранительных целиков может произво­ диться тремя способами: вертикальных разрезов, перпендикуля­ ров и проекций с числовыми отметками (изолинии). Способ перпендикуляров применяют обычно при построении предохра­ нительных целиков под сооружения и объекты вытянутой формы, способ вертикальных разрезов —под объекты ограни­ ченных размеров. Способ изолиний применяется редко из-за относительной сложности графических построений.

Для построения целиков любым способом необходимо иметь: характеристику объекта охраны, совмещенный план зем­ ной поверхности с объектом охраны и горными выработками,

геологический разрез, изогипсы угольного пласта или элементы его залегания. Из «Правил охраны ...» выбирают значения углов сдвижения, определяют категорию охраны, коэффициент безо­ пасности и ширину бермы. Все построения производят на пла­ нах и вертикальных разрезах в масштабе, как правило, 1:2000.

При построении предохранительных целиков под верти­ кальные шахтные стволы с копрами и зданиями подъемных машин следует учитывать, что они являются комплексными объектами, одна часть которых расположена в толще горных пород, другая — на земной поверхности. Главное внимание обычно уделяется той части, которая попадает в наиболее неблагоприятные условия. Так, при малой глубине разработки пластов значительные деформации развиваются в сооруже­ ниях, расположенных на земной поверхности, при большой — наоборот, они активнее развиваются в нижней части стволов, при этом чем больше глубина стволов и горных работ, тем силь­ нее проявляются эти деформации. Поэтому при небольшой глубине разработки пластов предохранительные целики под копрами и зданиями подъемных машин, построенные по углам сдвижения, одновременно защищают от деформаций и верти­ кальные шахтные стволы. С увеличением глубины разработки возрастают абсолютные размеры зоны опорного давления и особенно той ее части, которая оказывает вредное влияние на состояние стволов. При определенной глубине (обычно 400 м и более) размеры этой части зоны опорного давления в плоскости пласта становятся больше размеров целиков, построенных по углам сдвижения. Глубина, при которой практически зона опорного давления становится опасной для вертикальных ство­ лов с жесткой крепью, условно называется «большой». На этой глубине, как правило, начинаются качественные изменения проявлений горного давления, возрастают деформация пород, возникают выбросы и горные удары, наблюдается стреляние пород и угля. В слабых и пластичных породах интенсивно раз­ виваются процессы ползучести и пластического течения, кото­ рые начинают оказывать заметное влияние на глубинах 600 м в