Управление сдвижением горных пород и земной поверхности

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Управление сдвижением горных пород и земной поверхности

22.01.2020

Основными задачами изучения сдвижения горных пород и земной поверхности является прогнозирование его характера параметров и разработка методов охраны подрабатываемых объектов от вредного влияния подземных разработок.

К основным формам проявления процесса сдвижения горных пород относятся: обрушение, при развитии которого до земной поверхности образуются провалы и воронки; сдвиг по контактам пород и поверхностям тектонических нарушений, вызывающий на земной поверхности образование трещин с уступами и другие неравномерности сдвижения; прогиб и сдвижение с разрывом сплошности пород, приводящие к образованию трещин в массиве горных пород; плавные сдвижения, являющиеся следствием прогиба или перемещения отдельных структурных блоков пород.

На характер, величины и параметры процесса сдвижения влияют четыре группы факторов.

Первая группа характеризует важнейшие свойства массива горных пород. K ней относятся: структурные особенности массива (слоистое, грубослоистое или неслоистое строение, трещиноватость, наличие тектонических нарушений), физико-механические свойства пород, обводненность вмещающих пород.

Вторая группа характеризует степень подработанности массива горными работами. К этой группе относятся размеры выработанного пространства (размер по падению, простиранию, выемочная мощность), а также глубина залегания и угол наклона залежи.

К третьей группе относятся системы разработки и порядок отработки месторождения, характеризующие интенсивность развития процесса сдвижения.

В четвертую группу входят факторы, составляющие особенности отдельных месторождений и способов их отработки: совместная разработка открытым и подземным способами, наличие многолетней мерзлоты, гористый рельеф местности.

С учетом опыта и условий подземной отработки золоторудных месторождений сотрудниками Иргиредмета и ВНИМИ разработана классификация рудных залежей по условиям залегания и составу вмещающих пород (табл. 6.1).


Характер, формы проявления, параметры и величину процесса сдвижения определяют по принадлежностям месторождения (его участка или отдельной залежи) к соответствующему классификационному типу согласно табл. 6.1.

Под влиянием горных выработок образуются три области сдвижения и деформирования толщи пород (рис. 6.1):

- область обрушения (отделение от массива отдельных блоков и кусков и их перемещение в выработанное пространство с полным нарушением естественного строения массива и связей между блоками пород);

- область трещин (перемещение горных пород в сторону выработанного пространства с сохранением связей между блоками); расположена между, областью обрушения и областью плавных сдвижений; характеризуется значительными деформациями пород и большим числом трещин разрыва;

- область плавных сдвижений (перемещение пород в форме прогиба слоев или пластического течения пород без разрыва сплошности); располагается по периферии области трещин.

По характеру и величинам деформации земной поверхности в мульде сдвижения (А) различают следующие зоны (см. рис. 6.1).

Д - зона обрушения (часть мульды сдвижения, где земная поверхность подверглась разрыву сплошности с образованием провалов CE), тeppac и крупных трещин). За границу зоны обрушения на поверхности принимают контур трещин (террас) с раскрытием или смещением краев на 0,25 м и более.

Г - зона трещин (часть мульды сдвижения, где земная поверхность подверглась сдвижению с разрывом сплошности и образованием трещин). За внешнюю границу зоны трещин принимают контур крайних, хорошо различимых трещин на земной поверхности.

Б - зона плавных сдвижений (часть мульды сдвижения, где земная поверхность подверглась сдвижению без разрыва сплошности). За внешнюю границу этой зоны принимают контур точек с оседаниями 15 мм или со следующими значениями деформаций: наклоны 0,5*10в-3 и растяжения 0,5*10-в3 (при среднем интервале 15-20 м).

В - зона опасных сдвижений (часть мульды сдвижения, в которой деформация земной поверхности достигает значений, опасных для зданий, сооружений и других объектов).

Границей зоны опасных сдвижений считается контур, построенный по крайним ее точкам, в которых деформации земной поверхности достигают критических значений. За критические деформации земной поверхности приняты следующие величины: растяжение е = ±2*10в-3(2 мм/м); наклон i = ±4*10в-3 (4 мм/м); кривизна k = ±0,2*10в-3(0,2 мм/м).

В случаях подсечения горными выработками тектонических нарушений и разрушений упора целиков, потолочин, закладки выше горизонта подсечения процесс сдвижения проявляется помимо вышеперечисленных форм в виде смещения крупных блоков пород по плоскости сместителя в сторону выработанного пространства. На земной поверхности образуется зона боковых смещений, за границу которой принимают контур крайней террасы.

Процесс сдвижения земной поверхности в зоне влияния подземных разработок развивается неравномерно. Общая продолжительность наиболее характерных периодов его развития зависит от глубины ведения горных работ, формы и размеров рудных тел, систем разработки и других горно-геологических факторов.

Под общей продолжительностью процесса сдвижения понимается период, в течение которого земная поверхность над выработанным пространством находится в состоянии движения. Началом этого процесса, определяемого по данным наблюдений, считается дата, когда наибольшее оседание точек земной поверхности в мульде сдвижения достигает 15 мм, а окончанием -менее 50 мм в год после прекращения горных работ.

Общая продолжительность процесса сдвижения земной поверхности включает в себя следующие периоды его развития:

- начальный - от проявления первых признаков сдвижения земной поверхности (оседания 15 мм) до момента, когда деформации земной поверхности достигают критических значений;

- период активных сдвижений - время от момента появления над рассматриваемым участком критических деформаций земной поверхности до окончания отработки рудного тела;

- период затухания - от окончания отработки рудного тела до окончания процесса сдвижения земной поверхности.

В условиях неполной подработки земной поверхности, при отработке слепых рудных тел, при камерно-столбовых системах разработки и системах с закладкой выработанного пространства возможны длительные задержки в развитии процесса сдвижения или сохранение устойчивого состояния земной поверхности на длительные сроки. В указанных условиях продолжительность процесса сдвижения земной поверхности не регламентируется и устанавливается непосредственными инструментальными наблюдениями и при участии специализированных организаций (рис. 6.2).

Период затухания сдвижения земной поверхности в условиях полной подработки начинается после окончания очистных работ.
Управление сдвижением горных пород и земной поверхности

По степени трещиноватости породы условно разделяются на следующие группы со средними размерами структурных блоков пород, м:

- сильнотрещиноватые - менее 0,15;

- средней трещиноватости - 0,15-0,5;

- слаботрещиноватые - более 0,5.

Границы зон влияния подземных разработок на земной поверхности определяются относительно выработанного пространства по граничным углам в0, в01, v0, b0 углам сдвижения в, в1, v, b, воронкообразования v - в коренных породах (см. рис. 6.1 и 6.2), В наносах и выветрелых породах границы зоны опасных сдвижений определяют углом сдвижения ф. Углы разрывов ф" и обрушения ф'' в наносах и выветрелых породах не выделяются, так как их принимают равными соответственно углам разрывов и обрушения в коренных породах. Породы относятся к выветрелым, если их коэффициент крепости f < 3 (по шкале М.М. Протодьяконова).

Граничными углами, углами сдвижения, разрывов, обрушения, воронкообразования определяют соответственно границы мульды сдвижения, зоны опасных сдвижений, трещин, обрушения, воронкообразования.

Углами сдвижения называют внешние относительно выработанного пространства углы, образованные на вертикальных разрезах по простиранию или вкрест простирания рудного тела горизонтальными линиями и линиями, последовательно проведенными в коренных породах и наносах и соединяющими границу выработанного пространства с границей зоны опасных сдвижений на земной поверхности.

С помощью следующих углов определяют:

в0, в, в'' и в''' - границы соответствующих зон в висячем боку рудных тел от нижней границы выработанного пространства;

v0, v, v'' и v'" - границы соответствующих зон в висячем боку пологих рудных тел от верхней границы выработанного пространства;

в01, в1, в1'', в1''' - границы соответствующих зон лежачем боку рудных тел от нижней границы выработанного пространства;

b0, b, b'' и b''' - границы соответствующих зон по простиранию рудных тел от нижней границы выработанного пространства.

Углы сдвижения в коренных породах в условиях полной отработки на месторождениях с неизученным процессом сдвижения определяют по табл. 6.2.

Границы зон влияния подземных горных разработок определяют следующим образом:

- на план поверхности наносят контур очистных выработок (фактических или проектных), под влиянием которых образуется зона;

- по простиранию и вкрест простирания рудного тела строят вертикальные разрезы, характеризующие форму и элементы его залегания;

- на разрезах от характерных, наиболее выступающих внешних точек рудного тела под соответствующими углами в коренных породах проводят линии до контакта коренных пород с наносами (выветрелыми породами) и продолжают их в наносах под теми же углами или) где это оговорено, под углами ф;

- полученные на разрезах точки пересечения линий с земной поверхностью переносят на план поверхности и соединяют их плавной кривой, которая является границей соответствующей зоны влияния.

Все промышленные (наземные и подземные) сооружения, общественные и жилые здания и другие объекты, попадающие в зону опасных сдвижений, подлежат охране от вредного влияния горных разработок.

Порядок оформления и утверждения мер охраны, предупреждения организаций, ответственных за сохранность и нормальную эксплуатацию подрабатываемых объектов, устанавливается в соответствии с "Инструкцией о порядке утверждения мер охраны зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния горных разработок".

Все сооружения по своему значению, конструктивным особенностям, условиям эксплуатации и характеру повреждений при подработке разделяются на три категории охраны: I, II, III.

В зависимости от категории охраны устанавливаются коэффициенты безопасности и размеры предохранительных берм при построении предохранительных целиков.

Безопасной глубиной разработки считается такая, ниже горизонта которой горные работы не вызывают в подрабатываемых сооружениях и других объектах деформаций, превышающих допустимые. Безопасную глубину очистных работ Hб рассчитывают, умножая коэффициент безопасности Kб на среднюю выемочную мощность рудного тела т. Размеры предохранительных берм и значения коэффициента безопасности в зависимости от категории охраны приведены в табл. 6.3.

Мероприятия по охране зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных разработок выбирают в зависимости от категории охраны объекта, ожидаемых деформаций земной поверхности, конструктивных особенностей сооружения, характера эксплуатации объекта, установленного оборудования, гидрогеологических условий.

Защита подрабатываемых объектов может осуществляться путем оставления предохранительных целиков, применения горных, конструктивных и вспомогательных мероприятий.

Здания, инженерные и технические сооружения в зависимости от своего назначения и конструктивных особенностей делятся на следующие группы: гражданские (административные и жилые) здания; инженерные сооружения; железные дороги; линии электропередач и открытые понизительные подстанции; санитарно-технические сети.

В особую группу выделяются водные объекты - пруды, реки, водохранилища и др.

Основное требование к мероприятиям, обеспечивающим охрану объектов, - деформации земной поверхности в районе подрабатываемых объектов не должны превышать допустимых величин для данных объектов.

Допустимыми деформациями земной поверхности считаются такие, при которых здание (сооружение) может получить повреждения, не нарушающие его эксплуатацию по прямому назначению (допустимые повреждения).

По назначению, сроку службы и расположению относительно очистных работ горные выработки делятся на следующие категории охраны:

I категория - основные вскрывающие месторождения, срок службы которых определяется сроком отработки вскрываемых ими запасов;

II категория - горные выработки, срок службы которых определяется временем отработки отдельных эксплуатационных участков;

III категория - в основном подготовительные выработки; в выработках такого рода нарушения, вызываемые влиянием очистных работ, бывают значительными; нарушения устраняют посредством ремонтных работ или, если ремонт нецелесообразен проводят новые выработки.

Возможность нормальной и безопасной эксплуатации горных выработок оценивается величиной допустимых деформаций окружающего их массива.

В качестве допустимых принимаются деформации, при которых горная выработка получает повреждения, позволяющие после соответствующего ремонта вновь эксплуатировать ее по прямому назначению.

К числу мероприятий, обеспечивающих надежность и безопасность эксплуатации горных выработок, относятся:

расположение выработок вне зоны вредного влияния горных работ;

применение рациональных видов крепи; оставление предохранительных целиков; выбор рационального местоположения выработки; поддержание нарушенных горных выработок в рабочем состоянии.

Границы предохранительного целика (зоны) определяются плоскостями, проведенными под углами сдвижения или разрывов от границ охраняемой площади, на которой расположен объект, подлежащий охране.

Границу охраняемой площади от отдельных зданий и сооружений определяют на плане следующим образом. Вокруг охраняемого объекта через его угловые точки строят прямоугольник, стороны которого ориентируют по простиранию и вкрест простирания рудного тела. Параллельно сторонам полученного прямоугольника строят предохранительную берму, внешние границы которой являются границами охраняемой площади (рис. 6.3, а, б).

Для группы зданий и сооружений границы охраняемой площади представляют на плане многоугольник, стороны которого параллельны и перпендикулярны простиранию рудных тел или сторонам охраняемых объектов и расположены от них на расстоянии, равном ширине бермы (рис. 6.3, в).

Для протяженных объектов, ориентированных диагонально линии простирания рудного тела, границы охраняемой площади строят параллельно сторонам охраняемых объектов на расстоянии от них, равном ширине берм.

Для капитальных горных выработок (слепые стволы, камеры, квершлаги и др.) охраняемую площадь строят на горизонтальной плоскости, расположенной выше кровли выработки при f больше S и утроенной при f < 5. Предохранительную берму откладывают от проекции выработки на эту плоскость (рис. 6.4). Ширину бермы принимают по табл. 6.3.

Размеры предохранительных целиков определяют безопасной глубиной подработки Hб. Стволы, башенные копры и другие особо ответственные сооружения охраняются предохранительными целиками без учета безопасной глубины подработки.

Отработка предохранительного целика разрешается при наличии специального проекта, который утвержден в порядке, установленном Инструкцией Госгортехнадзора РФ.

Построение предохранительных целиков производится одним из следующих способов: способом проекций с числовыми отметками, способом вертикальных разрезов, способом перпендикуляров.

Горными мерами охраны называются мероприятия по применению способов выемки руды, обеспечивающих устойчивое состояние вмещающих пород и плавное сдвижение их и земной поверхности без разрыва сплошности и возникновения опасных деформаций.

К горным мерам относятся:

- применение систем разработки с полной закладкой выработанного пространства, особенно твердеющими смесями;

- применение комбинированных систем разработки с закладкой и оставлением искусственных и естественных целиков;

- неполная по площади или по мощности выемка руды;

- применение специального расположения горных выработок, порядка и последовательности отработки запасов руды.

Применение полной закладки выработанного пространства является одной из наиболее эффективных горных мер охраны.

Для защиты зданий и сооружений, расположенных в зонах плавных сдвижений, блоковых сдвижений, мелких трещин применяются конструктивные мероприятия.

К основным конструктивным мерам защиты относятся:

- усиление отдельных конструктивных элементов или сооружений в целом (крепление стен тяжами, установка связей и др);

- разрезка сооружений на отсеки;

- выравнивание наземной части сооружений при помощи домкратов;

- для подземных трубопроводов установка компенсаторов, усиление сварных швов, разрезка или вскрытие труб для снятия напряженного состояния и т.д.

Для предупреждения несчастных случаев с людьми, аварий и внезапного выхода из строя технологического оборудования в период активной стадии процесса сдвижения должны проводиться вспомогательные мероприятия; засыпка зон обрушения (провалов, воронок, зияющих трещин); изменение характера эксплуатации объекта и систематические инструментальные наблюдения за охраняемыми объектами в период подработки.

Засыпка пустыми породами провалов и воронок предотвращает появление оползней и выполаживание углов наклона провалов и воронок.

Работы по засыпке зон обрушения ведутся по специальной инструкции, утвержденной главным инженером рудника, в которой должны предусматриваться меры по обеспечению безопасности работ.

Для определения величин деформаций охраняемых объектов и выяснения эффективности мер охраны маркшейдерская служба рудника должна производить инструментальные наблюдения за состоянием подработанных объектов в соответствии с "Инструкцией по наблюдениям за сдвижением горных пород и земной поверхности при подземной разработке рудных месторождений". Инструментальные наблюдений сопровождаются визуальными с фиксацией всех вновь появившихся в охраняемых объектах трещин, перекосов и прочих замеченных деформаций.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: