книги / Сдвижение земной поверхности под влиянием горных разработок

вторичными явлениями, не связанными с непосредственным обру­ шением пород над очистной выработкой.

К таким вторичным явлениям следует отнести: изменение мерзлотного режима при проведении выработок (в районах вечной мерзлоты), дренирование и уплотнение слабых глини­ стых пород (Челябинский бассейн и др.), дренирование плы­ вунов (некоторые районы Донбасса, Подмосковный бассейн и др.).

Оседания поверхности, вызванные осушением пород, за­ хватывают значительную площадь. В отличие от сдвижений, вызванных непосредственным обрушением пород, они проте­ кают плавно и часто не представляют существенной угрозы для сооружений, расположенных на земной поверхности.

91

Так, в Челябинском бассейне, по сообщению И. А. Пету­ хова [43], начиная с 1931 г. зафиксирован ряд случаев осе­ дания поверхности в пределах шахтных промплощадок, на­ дежно охраняемых целиками (шахта № 4—6), за выходами пластов (промплощадка шахты № 23 треста Челябуголь), на участках, где не велись очистные работы, а имелись лишь подготовительные выработки (шахта №44 треста Копейскуголь).

В1944 г. инж. И. И. Пономарев высказал предположение

освязи этих оседаний с дренированием глинистых сланцев горными выработками.

Региональные оседания, вызванные осушением пород, в ряде случаев вызывали деформацию жестко закрепленных

шие горизонтальные смещения, послужившие причиной неко­ торого искривления стволов. Борьба с деформацией стволов ве­ лась путем вставки в бетонное крепление податливых дубо­ вых колец.

В 1931 г. на промплощадке шахты № 7—8 был заложенрепер с. целью определения оседаний, вызванных осушением пород. Последующие нивелировки зафиксировали медленное,

была заложена наблюдательная станция на промплощадке шахты № 45 треста Копейскуголь. Наблюдения на станции проводились в течение 2 лет и обнаружили равномерные осе­ дания до 100 мм на площади более 450 м по простиранию и более 200 м вкрест простирания.

Эти оседания не были связаны с очистными работами, так как наблюдались в период проходки ствола и околоствольных подготовительных выработок.

Оседания поверхности были зафиксированы инструменталь­ ными наблюдениями над подготовительными выработками шахты № 3.

Следует отметить, что Уральским филиалом ВНИМИ неод­ нократно отмечались оседания (до 60—70 мм) опорных репе­ ров наблюдательных станций, расположенных за пределами непосредственного влияния горных выработок.

Аналогичное явление отмечено на другом буроугольном месторождении, сложенном слабыми, сильно обводненными породами. Здесь была заложена наблюдательная станция, заклю­ чительные наблюдения на которой, проведенные через нес­ колько лет спустя после подработки станции, показали обра­ зование мульд с весьма пологими, вытянутыми краями. Углы сдвижения по точкам с оседанием в 20 мм получились неес­

9й

качестве окончательных и были рекомендованы углы, полу­ ченные по изменениям наклонов в 2 мм/м.

Этими критериями следует пользоваться также при опреде­ лении углов сдвижения в условиях больших глубин разработ­ ки, ведущих к выполаживанию мульд.

При крутом залегании пластов следует отдавать предпоч­ тение критериям, полученным по горизонтальным сдвижениям и деформациям, так как последние становятся превалирую­ щими и более опасными для охраняемых сооружений.

§ 3. УГЛЫ СДВИЖЕНИЯ В НАНОСАХ

Углы сдвижения в наносах существенно зависят от состава и обводненности последних. На величину углов оказывает влияние рельеф поверхности, а также наличие провалов. При образовании провалов сдвижение наносов происходит в усло­ виях отсутствия подпора со стороны провала и характеризует­

ющими Правилами охраны сооружений, недостаточно обосно­ ваны данными фактических наблюдений. Это объясняется тем, что подрабатываемая толща, как правило, состоит одновре­ менно из наносов и коренных пород, чем затрудняется раз­ дельное определение углов сдвижения в наносах и коренных породах.

ВПравилах для Донбасса углы сдвижения в наносах реко­ мендуется принимать равными 60°.

ВПравилах для Кузбасса они задаются в зависимости от

Вновом проекте Правил для Кузбасса (1951 г.) ссылка на таблицу ОСТ 4543 исключена и углы сдвижения приняты: в нормально влажных наносах 45°, при наличии сильно обвод­ ненных рыхлых отложений и галечников (Кемеровский и Ан- жеро-Судженский районы) 40°, при наличии плывунов 30°.

ВПравилах для Челябинского бассейна рекомендуются уг­ лы 50°. Аналогичные рекомендации содержатся в Правилах

с неизученным характером сдвижения горных пород реко­ мендуются следующие углы:

94

1)при наличии мощных (свыше 10 м) или относительно обводненных наносов — 45°;

2)в условиях сухих наносов или небольшой мощности их (до 10 м) — 55°;

3)в сильно обводненных наносах и при наличии плывунов 30—40°.

В Правилах для Карагандинского бассейна принимаются

ставлены опоковыми диатомовыми глинами с включением песка. Судя по приведенным данным, углы сдвижения в наносах в Челябинском бассейне близки к 45—50°. Совершенно оче­

видно, что при наличии сильно обводненных наносов углы мо­ гут заметно уменьшиться, а в сухих и плотных наносах^несколько увеличиться против приведенных значений.

Т а б л и ц а 17 Углы сдвижения в наносах по данным наблюдений на Камышинском

месторождении (Челябинский бассейн)

Определенный интерес в этом отношении представляют данные наблюдений на одной из шахт комбината „Украннуглестрой“. Здесь надугольная толща представлена породами, близкими по своему характеру к обводненным наносам.

Проведенные наблюдения позволили определить углы сдви­ жения и обрушения. В процессе наблюдений определено 12 углов обрушения. Углы колеблются в пределах от 53 до 70°. Средний угол равен 60°. Величины углов сдвижения приво­ дятся в табл. 18. Эти углы следует рассматривать как углы сдвижения в наносах. В среднем при определении по измене­ нию наклонов углы близки к 50°.

Попытки определения углов при наличии в покрывающих угольную толщу породах плывунов были предприняты в раз­ личные годы Украинским филиалом ВНИМИ.

на наблюдательных станциях № 13 и № 47—47-бис в Красно­ армейском районе (шахты *Центральная*, им. Димитрова), № 26

метного выполаживания углов (очевидно, из-за отсутствия линз

1 При определенииТугла в наносныхотложениях угол сдвижения в ко­ ренных породах принимался по Правилам.

‘96

ком к 45°, определяются более точно, чем углы 8 и *[.

Выше указывалось на необходимость различать углы сдви­ жения в наносах в обычных условиях и на откосах (при обра­

дении, подработка склонов может вызывать сдвижение наносов при угле наклона откосов в 30° и положе.

На бортах открытых разработок в зависимости от увлаж­ нения наносов последние обнаруживают склонность к сполза­ нию при углах наклона бортов 30, 20 и даже 10—15° (на­ блюдения на Богословских, Коркинских и Батуринских уголь­ ных карьерах).

В будущем следует уделять большее внимание непосред­ ственному определению углов сдвижения в наносах, особенно

на тех месторождениях, где наносы оказывают существенное влияние на характер сдвижения поверхности.

Такие наблюдения необходимо ставить при выемке угля на выходах пластов или при малой мощности коренных пород.

Полученные при этом углы следует распространять и на зону выветривания коренных пород.

§ 4. УГЛЫ СДВИЖЕНИЯ В КОРЕННЫХ ПОРОДАХ И ЗАВИСИМОСТЬ ИХ ОТ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГОРНОЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИИ

Выше, в § 2, были перечислены факторы, оказывающие влияние на характер сдвижения горных пород и земной по­ верхности. Эти факторы в той или иной мере оказывают влия­ ние и на углы сдвижения.

Кроме того, величины углов сдвижения зависят от прини­ маемых при их определении критических деформаций. Это обстоятельство следует учитывать как при сравнительной оценке углов, так и при выяснении их связи с геологическими и горно­ эксплуатационными условиями.

Такая оценка может производиться лишь в отношении углов, найденных по однородным критериям или по критичес­ ким деформациям, наиболее опасным для охраняемых соору­ жений.

На угольных месторождениях при первичной подработке толщи наибольшее влияние на углы сдвижения оказывают физико-механические свойства (степень сцементированности, крепость) и угол падения пород.

Исключением из этого правила могут являться лишь сильно нарушенные участки, где в отдельных случаях углы сдвиже­ ния зависят от ориентировки дизъюнктивных трещин, попа­ дающих в зону влияния горных разработок.

Остановимся на выяснении роли отдельных факторов.

Физико-механические свойства и угол падения горных пород

Влияние физико-механических свойств горных пород легко

и их величина в основном определяется физико-механическими свойствами пород. Постоянство о при различных углах паде­ ния для одного и того же месторождения убедительно под­ тверждается приводимыми ниже данными фактических наблю­ дений;

2) в отличие от единичных значений средние значения о до некоторой степени свободны от влияния различных трудно поддающихся учету факторов (ошибки наблюдений, измен­

98

чивость геологических условий в пределах отдельно взятых месторождений и т. д.).

Существенное влияние физико-механических свойств гор­ ных пород прежде всего обнаруживается в резком различии углов сдвижения в наносах и крепких коренных породах.

На это же указывает наблюдающееся во всех случаях уве­ личение углов о по мере перехода от месторождений, сложен­ ных слабыми породами, к месторождениям, сложенным более крепкими, т. е. более сцементированными и метаморфизованными породами.

Показателями крепости горных пород в этом отношении могут быть приняты: результаты испытания физико-механи­ ческих свойств пород, буримость пород, крепость по шкале Протодьяконова, расход взрывчатых веществ на 1 м3 проходки выработок, степень углефикации, сравнительная геологическая характеристика метаморфизма и сцементированности пород.

Эти показатели в основном связаны однозначно с крепостью пород.

Следует отметить, что в данном случае нас не интересуют абсолютные значения характеристик крепости. Мы можем поль­ зоваться относительными показателями, позволяющими уста­ новить лишь сравнительную крепость пород отдельных место­ рождений. Валено лишь, чтобы эти показатели были однородны

Например, несмотря на резкое различие пород Донецкого и Подмосковного бассейнов, средние углы о для этих бассей­ нов отличаются примерно на 25°, тогда как амплитуда коле­ бания единичных значений углов в пределах одного и того же бассейна достигает 20° и более. Вторым примером, подтвер­ ждающим высказанную мысль, может служить устойчивость средних углов сдвижения при различном соотношении сланцев и песчаников в Донбассе.

Данные, относящиеся к этому вопросу, были получены ВНИМИ в связи с разработкой классификации месторождений.

1) когда в 30—40-метровой толще пород непосредственно над разрабатываемым пластом преобладают сланцы;

2) когда в этой толще преобладают песчаники.