книги / Сдвижение горных пород на рудных месторождениях
..pdfотрабатываются непосредственно под выветрелыми породами или наносами, на поверхности образуются воронки обрушения (рис. 34, в). При отсутствии выветрелых пород и наносов и при не значительной толщине потолочины (менее 20 ль) на поверхности образуется провал, сохраняющий в плане форму обрушаемогоблока (рис. 34, г).
Алапаевские месторождения (группа V, подгруппа У-Б) пред ставлены бурыми железняками, которые залегают в слабых, боль шей частью глинистых породах (/ = 2 -г- 4). Форма залежей — линзообразная и грубопластовая. Мощность колеблется от 2 до 30 ль, угол падения — от 0 до 90°. Месторождения отрабатываются системой подэтажного обрушения с высотой подэтажа в 5 ль. Глубина горных работ не превышает 50—60 ль.
В зависимости от глубины и мощности отрабатываемых залежей на поверхности образуется либо одна зона плавных сдвижений, либо зона плавных сдвижений и зона трещин, либо одновременно все существующие формы сдвижения. Так, на этих месторождениях при выработанном пространстве, имеющем мощность т менее одной шестой глубины горных работ, т. е. Iljm > 6 , на поверхности об разуется только зона плавных сдвижений. Последнее обычно соот ветствует условиям отработки залежей мощностью до 5 ль или отработке первого подэтажа более мощных рудных тел.
При выемке второго подэтажа соотношение между II и т на ходится в пределах 4 Hjm ^ 6 . Сдвижение поверхности про является в этом случае в виде плавного прогиба, но с разрывом сплошности на краях мульды сдвижения. При дальнейшей отработке месторождения на глубину, т. е. при выемке третьего подэтажа, на поверхности образуются отдельные воронки и провалы, вокруг которых последовательно располагаются зоны террас, трещин и плавных сдвижений. Ширина воронок и провалов на поверхности не превышает при этом размеров отработанной и обрушенной частп залежи. Оседание поверхности и образование на ней террас и трещин происходит, как правило, постепенно вслед за отработкой залежи, причем начальная стадия сдвижения и стадия затухания примерно равны между собой. Общая продолжительность периода опасных деформаций колеблется в пределах от одного до двух лет в зоне обрушения, до одного года в зоне трещин и от трех до четырех меся цев в зоне плавных сдвткеннй.
Наиболее характерные минимальные углы сдвижения для Ала
паевских месторождений приведены в табл. 6. |
|
|
Бакальское месторождение (группа I и II, подгруппа I-А и |
II-А) |
|
представлено залежами пластообразной формы мощностью |
от |
10' |
до 80 м. Угол падения рудных тел постепенно изменяется |
от |
45 |
до 0°. Вмещающими породами со стороны висячего бока являются доломиты и доломитизированные известняки (/ = 6 -ь- 8), карбо натно-глинистые сланцы (/ == 4 -т- 6) и кварциты (/ = 10 -ь 12). Поскольку все эти породы залегают совместно и, чередуясь между собой, образуют слоистый массив, общая их устойчивость приравнена
к глинистым сланцам с коэффициентом крепости / = 4 -г 6. Мощ ность наносов достигает 30 ле. Основными системами разработки являются система подэтажных штреков и система подэтажного обрушения. Глубина горных работ не превышает 100—150 м.
Сдвижение земной поверхности проявляется в виде воронок обрушения, террас, трещин и зоны плавных сдвижений. Период от момента отработки блока до обрушения земной поверхности составляет от трех—девяти месяцев до полутора-двух лет, а про должительность процесса сдвижения, начиная с момента обрушения блока, не превышает трех-четырех месяцев в зоне плавных сдви жений, одного-полутора лет в зоне трещин. Наиболее характерные углы сдвижения и разрывов, полученные по результатам наблюдений, приведены в табл. 6.
В условиях уральских железорудных месторождений большой интерес представляют углы обрушения, которые в отличие от углов сдвижения строятся не к точке с критическими деформациями, а к границе зоны террас. Исходя из условий безопасности передви жения автотранспорта и людей, за границу зоны террас принята трещина, имеющая разрыв 25 см. Указанный критерий при постро ении углов обрушения был принят еще и потому, что на Высоко горском, Лебяжинском и Гороблагодатском месторождениях за трещинами такого размера ширина их резко увеличивается в сторону обрушения.
На большинстве месторождений на поверхности ограждается не зона трещин, а зона обрушений, построение которой осущест вляется под углами обрушения (табл. 7). Значения углов обрушения,
Т а б л и ц а 7
Подгруппа |
|
|
углы обрушения, град |
||||
Месторождения |
|
|
|
|
|
||
месторожде |
|
|
с/// |
|
|
||
ний |
|
|
, г " |
|
|
В "' |
|
|
|
|
|
h |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
I-A и П-А |
Бакальское ........................................... |
(Северный |
65 |
70 |
|
|
75 |
I-B |
Ворояцовское |
участок) |
85 |
|
|
85 |
|
П-Б л П-В |
п П ок р овск ое ................................... |
85 |
— |
|
|||
Гороблагодатское ............................... |
85 |
85 |
— |
|
85 |
||
Ш -А |
Лебяжпнское, |
Восточный |
рудный |
|
|
|
80 |
Ш -Б |
п о я с ...................................................... |
|
70 |
— |
а |
|
|
Высокогорское, |
Западно-Ревдинскнй |
— |
|
|
75 |
||
ш -в |
участок .............................................. |
|
70 |
а |
|
||
Высокогорское, Восточно-Ревдннский |
|
|
|
85 |
|||
IV-B |
участок .............................................. |
Западный |
85 |
— |
а |
|
|
Лебяжпнское, |
рудный |
|
а |
|
80 |
||
|
п о я с ...................................................... |
|
80 |
— |
|
||
IV-Б |
Высокогорское, участок 15-го геоло |
|
80 |
|
80 |
||
|
гического блока ............................... |
80 |
— |
|
|||
IV-Б |
.......................................Ауэрбаховское |
|
85 |
— |
85 |
: . |
85 |
У-А |
Воронцовское, |
Промежуточная за |
|
|
оя' |
= 60 |
|
|
лежь .................................................. |
|
Р " ' == у" ' ( рГ ) = |
||||
У-Б |
Алапаевские................ |
... ....................... |
Р ' " = = у'"(РГ) = |
й |
=65 |
приведенные в табл. 7, рекомендуются до глубины отработки место рождений 300—350 м.
Практика разработки рудных месторождений показывает, что размеры выработанного пространства по простиранию и глубина разработок являются основными факторами, определяющими ха рактер процесса сдвижения и его параметры. В связи с этим при выполнении исследований на уральских железорудных месторожде ниях были предприняты попытки учесть влияние этих факторов на величину углов сдвижения. Одна из таких попыток была пред принята для Высокогорского рудника. В результате установлена эмпирическая зависимость (7), приведенная выше. Необходимо за метить, что при выводе этой зависимости имелись данные для соот ношений H/L >*1,5 только по залежам, длина которых по прости ранию не превышает 100 В таких условиях мала вероятность подсечения сместителей горными работами и .их влияния на пара метры и характер процесса сдвижения горных пород можно не учи тывать. Пользоваться этой зависимостью для больших размеров выработанного пространства нужно осторожно, с учетом структурных особенностей месторождения, ввиду возможного выполаживания углов сдвижения.
Проводилась также детальная проверка возможности исполь зования методики расчета углов сдвижения в зависимости от раз меров выработанного пространства и глубины разработки, пред ложенной А. Г. Акимовым [4, 6]. Подробный анализ этой методики, выполненный в работе [16], показал, что методика А. Г. Акимова является одной из первых интересных попыток предрасчета углов сдвижения. Но она требует существенной доработки в части унифи кации способов построения зон влияния и определения степени подработанности. учета рельефа земной поверхности и др. Поэтому в настоящем виде методика не может быть широко использована для определения углов сдвижения на железорудных и меднорудных месторождениях Урала, особенно в условиях, когда углы сдвижения равны углам разрывов.
Ниже приведены некоторые практические рекомендации по учету размеров рудных тел и других факторов.
1. На месторождениях группы I, подгруппы I-В трещиноватость пород создает условия, при которых обрушение пород кровли начи нается непосредственно после образования выработанного простран ства. Обрушение пород проявляется на земной поверхности через один-два года после окончания работ в камерах и при достижении отработанной площади камер S > 1500 м2.
На Покровском месторождении, где интенсивность трещино ватости меньше в 2—3 раза чем па Воронцовском, сдвижение пород и земной поверхности начинается только после массового разру шения междукамерных целиков.
2. На Гороблагодатском месторождении с развитием горных работ на глубину при размерах рудной залежи по простиранию 150—250 м наблюдается увеличение углов сдвижения. До глубины
150 |
ж они были равны р = ô = 70°, при глубине горных работ |
|
200 |
эти углы становятся круче на 5°, а при глубине более 250— |
|
300 |
ж рекомендуемые |
углы сдвижения равны |3 = у — Ô = 80°. |
|
3. При разработке |
мощных залежей в условиях Восточного |
рудного пояса Лебяжинского месторождения глубина разработки оказывает существенное влияние на характер сдвижения поверх ности. При глубине разработки до 200 жпроцесс сдвижения поверх ности происходит с образованием зон обрушения, террас и трещин. Углы сдвижения в этом случае равны углам разрывов и имеют
следующие |
значения: |
|
|3 = 55°, р* = рх = |
||
для |
залежей, выходящих под наносы: Р" = |
||||
= 6 0 -8 0 °, |
Ô" = |
75°, Ô = |
70°, |
у" — у — 60—80°, |
|
для |
слепых |
рудных |
тел: р" = |3 = 65°, |
||
Ô" = 75°, Ô |
= 70°. |
|
|
При отработке залежей на глубине более 200 м процесс сдви жения земной поверхности приобретает более плавный характер, зона плавных сдвижений больше зоны трещин п углы разрывов в висячем боку становятся круче, наименьшее значение р" = 65° (для рудных тел, выходящих под наносы) и Р" = 70° (для слепых залежей).
4. На месторождениях III группы, подгруппы Ш -Б п Ш -В , обрушение и сдвижение поверхности развиваются с момента раз рушения междукамерных целиков и потолочин. Наименьшие зна чения углов сдвижения Р = 70° при отсутствии сместителей полу чаются в средней части месторождения и когда глубина горных работ равна или меньше длины отработанной части залежи по про стиранию.
С увеличением глубины горных работ и уменьшением длины залежи по простиранию углы сдвижения со стороны висячего бока становятся круче. Максимальное значение Р = 90° получается, когда отношение HjL = 3. Углы сдвижения в лежачем боку равны углам разрывов и углу падения лежачего бока отработанных камер:,
р" = |
PJ = а = 55 |
ч- 70°. |
5. |
Сместители, |
имеющие согласное падение с направлением |
сдвижения горных пород, оказывают существенное влияние на про цесс сдвижения. При углах падения сместителей более 30° сдви жение пород происходит по плоскостям этих сместителей, но не круче, чем под углами, приведенными в табл. 6.
6. Принципиально новым является предложение об использо вании в ряде случаев углов обрушения, которые бывают обычно круче углов сдвижения на 10— 15°. Углы обрушения могут быть использованы при построении барьерных целиков при охране дорог* линий электропередач и т. д.
Глава V
РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ ИА ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ АЛТАЯ
Многие месторождения, описываемые ниже, можно объединить в группы по генезису, строению и прочпостпым свойствам пород. Например, одну группу составляют месторождения, расположенные в Прииртышской зоне смятия пород (Белоусовское, Березовское и др.). Во второй зоне, проходящей восточнее, располагаются руд ные поля Лениногорского и Зыряновского месторождений. Крупную группу месторождений-аналогов представляют Салаирские место рождения. Золотушинское месторождение помещено в настоящую главу по территориальному признаку.
§ 121 Белоусовское и Березовское месторождения
Изучение сдвижения горных пород на этих месторождениях начато в 1950—1952 гг. институтом НИГРИС (П. К. Кекух).
С1960 г. исследования выполняются ВНИМИ (И. И. Коровкин,
А. Г. Акимов, С. П. Колбепков, М. А. Кузнецов) при активном уча стии работников Иртышского комбината и рудников (H. М. Дмит риев, П. Ф. Трубачев, М. А. Перегудов и др.).
Белоусовское месторождение
Рудные залежи месторождения расположены в крыльях опро кинутой антиклинальной складки, ядро которой сложено порфи роидами и туффоидами кварцевого альбитофира. На контакте с этими породами образовалась рудоносная зона, представленная хлорито кварцевыми, серицито-кварцевыми и углисто-глинистыми сланцами. По периферии зоны расположена толща известково-хлоритовых сланцев. Значения коэффициентов крепости пород приведены в табл. 8.
Рудные залежи лентообразной формы залегают согласно с вме щающими породами. Их протяженность 1200—7000 м по простира
нию. Мощность колеблется от 1,5 до 18 |
м и в |
среднем составляет |
||
5 —6 м. |
Падение залежей |
преобладает |
крутое |
50—85°, но есть |
участки |
с наклонным и |
горизонтальным залеганием. Отработка |
залежей производится преимущественно системами с полной закладкой выработанного пространства. Указанные особенности •определили характер сдвижения горных пород на месторождении: на многих участках сдвижепие пород не достигает земной поверх ности.
Наибольшие величины сдвижений и деформаций земной поверх ности установлены над рудной залежыо № 1 (рис. 35). Средний угол падения залежи 70°, средняя вынимаемая мощность 5—6 л^, наименьшая глубина разработок под профильными линиями № 3, 4 и 5 равна соответственно 60, 100 и 130 м, а наибольшая 210, 240 и
240 м. На крутопадающих частях залежи № 1 камеры отработаны с последующей закладкой, а междублоковые и междуэтажные це лики — с обрушением боковых пород. Пологопадающие участки (у верхней и нижней границ залежи) отработаны системой с откры тым выработанным пространством и оставлением нерегулярных
и
Рис. оо. Сдвижения по профильной линии № 4 Еолоусовского рудника:
а — оседания; б — горизонтальные деформации; в — вертикальный разрез
|
|
|
При глубине до 100— 120 м |
|
Группа пород |
|
среднее |
пределы |
|
|
|
|
||
|
|
|
значение |
колебаний |
Углисто-глинистые, |
хлори |
|
|
|
товые, |
серицитовые, |
|
4—7 |
|
пзвестковистые |
сланцы |
6 |
||
Хлорито-кварцевые, |
сери |
|
|
|
цито-кварцевые, |
глини |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
сто-кремнистые |
сланцы |
7 |
00 |
|
Порфироиды |
и туффоиды |
|
|
|
кварцевого |
альбитофира, |
7 |
4 - 8 |
|
рассланцованные |
. . . . |
|||
То же, нерассланцованные |
9 |
4— 14 |
Т а б л и ц а 8
При глубине более 120 м
среднее пределы значение колебаний
107— 12
и8 -1 2
138—20
1510-20
целиков. Площадь участков, заложенных закладкой, составляет 60—70% общей площади очистных работ.
Показатели процесса сдвижения на профильных линиях по лучены следующие:
№ профильной линии . . . |
|
3 |
4 |
5 |
||||
Время |
отработки |
залежи |
1942—1959 1944—1961 1947-1957 |
|||||
№ 1, |
годы ........................... |
|||||||
Период |
наблюдении, |
годы |
1960-1965 1951-1965 1962-1965 |
|||||
Максимальное |
оседание, .ч.ч |
200 |
616 |
74 |
||||
Максимальное |
растяжение |
1,5 |
- К Г ® |
5,9-КГ3 |
0,4- 10"® |
|||
Максимальное сжатие . |
1,8 |
- 10'® |
10,4 - Ю - з |
1,4 - Ю -з |
||||
Углы |
сдвижения, |
град . |
|
— |
7= 57, Р =58 |
— |
||
Граничные углы, |
град . |
7о = 59, Р0= |
46; 7о = 52, Р0= |
47; Р0=48 |
Рис. 36. Проекция залежи № 5 Белоусовского рудника па верти кальную плоскость
Процесс сдвижения по профильной линии № 4 прослежен пол ностью, так как начало его зафиксировано наблюдениями в 1952 г. О величине максимальных сдвижений по профильной линии № 3 можно судить по оседанию триангуляционного пункта, распо ложенного в районе максимальных оседаний. Пункт в результате подработки претерпел оседание порядка 1,0—1,1 м. Процесс движения земной поверхности в районе профильных линий происходил мед ленно и плавно, без образования трещин. Максимальные сдвижения земной поверхности достигли 13—15% вынимаемой мощности за лежи.
Второй комплекс наблюдательных станций заложен над рудной залежью № 5 в районе двух- и трехэтажных зданий поселка Белоусов ского, отработанной в 1961—1966 гг. на четырех горизонтах. На
пологопадающих участках залежи оставлены междублоковые и ре гулярные целики, крутопадающие участки отработаны с заклад кой. Околоштрековые целики на II и III горизонтах и часть междублоковых целиков остались неотработанными. Общая протяженность выработанного пространства по простиранию достигла примерно 500 м, а по падению изменяется от 150 до 50 м (рис. 36). Верхняя граница очистных работ расположена на глубине 60— 100 м от зем ной поверхности. Мощность залежи 3—15 м, угол падения 30—50°.
Инструментальными наблюдениями в течение 1960— 1966 гг. сдвижений земной поверхности в районе поселка не отмечено. Пред полагается, что процесс сдвижения в этом районе может начаться после отработки околоштрековых целиков на II и III горизонтах. При отработке целиков системами с закладкой сдвижение земной поверхности будет происходить медленно и плавно, не вызывая разрушительных деформаций в подработанных зданиях.
Исследованиями установлено, что в условиях Белоусовского месторождения процесс сдвижения горных пород не вызывает опас ного деформирования земной поверхности, если наименьшая глу
бина разработок |
превышает длину выработанного пространства |
по падению в два |
раза. |
Березовское месторождение
На месторождении разрабатывается лентообразная залежь дли ной по простиранию около 1200 м и по падению 200—280 м. В се веро-западном направлении залежь погружается и превращается в слепую. Мощность в средней части залежи достигает 20— 30 м, к верхнему и нижнему контурам она уменьшается до выклинивания. Угол падения составляет 65—90°. Вмещающие породы по составу и крепости аналогичны породам Белоусовского месторождения. Залежь разрабатывается комбинированной системой: камеры от рабатываются с последующей закладкой, а междублоковые и между этажные целики — системами с обрушением. Заполнение выработан ного пространства закладочным материалом составляет 50—65% .
Работы по изучению сдвижения горных пород на месторождении начаты ВНИМИ в 1960 г. с реконструкции наблюдательной станции, заложенной НИГРИС в 1950 г., и закладки новых профильных линий. Первые признаки сдвижения земной поверхности в районе наблюдательной станции отмечены в 1953 г. В апреле 1954 г. у од ного из шурфов образовалась воронка обрушения, которая с тече нием времени расширилась и превратилась в провал. Вокруг про вала возникла зона трещин и далее зона плавных сдвижений. Ка мерные запасы руды в районе провала отработаны в 1951— 1960 гг. В период наблюдений (1960— 1966 гг.) производилась выемка междублоковых и околоштрековых целиков. На поверхности в это время происходило медленное расширение провала, зоны трещин и плав ных сдвижений (рис. 37). Максимальные сдвижения (величина век тора сдвижения) в зоне трещин со стороны висячего бока получи
лись равными 2,5— 2,8 м, что составляет примерно 14% от средней мощности залежи. Максимальные деформации растяжения в зоне плавных сдвижений достигли 13 •10“ 3.
Углы сдвижения и разрыва по профильным линиям, располо женным в районе провала, получились следующие:
№ профильной Л11ПШ1 |
|
II |
III |
IV |
V |
||
Р, |
град . . |
|
. . |
50 |
48 |
50 |
57 |
|
град . |
|
51 |
51 |
62 |
55 |
|
Р", |
|
. |
60 |
74 |
84 |
80 |
|
P Ï, |
град . |
|
. . |
68 |
68 |
64 |
61 |
а |
|
|
20 |
____ |
|
30 |
|
мм |
|
|
—г- |
|
|
|
‘1951г |
100 - |
1905г.\\/960г. |
т |
о г . |
/ / |
|
|
|
200- |
Г |
1963г.: |
{/ |
|
|
|
|
X |
1905г. |
|
|
|
|||
1 |
I |
7 |
|
|
|
|
|
£ |
|
I |
|
|
|
|
|
15-10' • |
|
|
|
|
|
|
|
5W 3- |
|
|
|
|
|
|
-1951г. |
0L |
|
|
|
|
|
|
Рис. 37. Сдвижепня по профильной линии III Березовского рудника:
а — оседания; б — горизонтальные деформации; в — вертикальный разрез
Глубина разработок под профильными линиями составляет 230—240 м, мощность залежи колеблется от 4 до 30 м, угол падения 7 0 -9 0 °.
Несмотря на большой объем выполненных на месторождениях исследовательских работ, исчерпывающих данных по углам сдвиже ния получить не удалось. Поэтому при составлении Указаний по охране сооружений для рассматриваемых месторождений были
|
Угол |
|
Углы сдвижения и разрыва, град |
|
--- |
||||
Группа салеи еи |
падения |
|
|
|
|
|
|
|
|
пород |
? |
P* |
|
|
э. |
|
$ |
|
|
|
град |
Т |
г |
п |
5" |
||||
|
|
||||||||
1. Залежп, пме- |
30—50 |
50 |
60 |
50 |
60 |
50 |
60 |
70 |
75» о |
ющпе вы ход |
51—75 |
50 |
60 |
— |
— |
70 |
75 |
||
па земную |
76-90 |
50 |
60 |
|
|
50 |
60 |
70 |
75 |
поверхность, |
|
|
|
|
|
||||
под наносы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
плп выветрелые |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
коренные породы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Залежп, |
0 -3 0 |
60-50 * 65—60 * |
60 |
70 |
. |
- |
70 |
80 |
|
не имеющие |
31—50 |
50 |
60 |
60 |
70 |
— |
— |
70 |
80 |
выхода на земную |
51-75 |
50 |
60 |
— |
— |
а„** |
ап** |
70 |
80 |
поверхность |
76—90 |
50 |
60 |
|
|
60 *** |
65*** |
70 |
80 |
п под наносы (слепые залежп, минимальная глубина разра ботки которых
100лО
*Промежуточные значения углов р и 3" находят интерполированием по урлу паде ния пород ап_
**Pi не более 60°, PJ не более 65°.
***При крепости пород Л1 жачего бока, равной или менее крепости пород висячего бока, Pi=P, а Р£=60°.
использованы также данные Временных правил охраны сооружений 1966 г. [49]. Рекомендуемые в Указаниях для Белоусовского и Бе резовского месторождений углы сдвижения приведены в табл. 9.
§ 13. Месторождения Лениногорского и Зыряновского рудных полей
Лениногорские месторождения *
Наблюдения за сдвижением горных пород на Лениногорском руднике были начаты в сороковых годах и с перерывами проводи
лись ЦНИМБ, |
ВНИИЦветметом |
(П. К. Кекух, А. С. |
Баженов) |
и работниками |
Лениногорского |
полиметаллического |
комбината |
(П. А . Шишков, М. П. Попий, В. А. Прокофьев и др.). |
|
Основными месторождениями Лениногорского рудного поля являются Лениногорское и Сокольное месторождения. Они представ лены мощными, сложными по морфологии рудными телами линзо образной формы. Толща вмещающих пород состоит из известково
* Составлено по «Указаниям по охране сооружений от разрушения их про цессом сдвижения на месторождениях Лениногорского полиметаллического комбината», Лениногорск, 1965.