книги / Сдвижение горных пород на рудных месторождениях
..pdfМа к с и м а л ь н о е р а с т я же н и е или с жат ие
е0 (1 • 10" Зь или мм/м) — наибольшее отношение разности гори зонтальных длин интервала, измеренных при закончившемся про цессе сдвижения и до подработки, к первоначальной длине интер вала. Растяжение и сжатие определяются по формуле
/' |
7" |
(4) |
®1-2 = *1—2 |
*1-2 |
|
К - 2 |
|
|
где штрихами выделены длины интервалов, полученные соответ ственно при первом и следующих наблюдениях. Точки с максималь ными величинами сдвижений и деформаций в зоне плавных сдвиже ний находятся вблизи границы с зоной трещин. В табл. 1 приведены средние арифметические величины т]0, г0 и е0, полученпые по данным наблюдений на месторождениях с различными горногеологическими условиями, главным образом при наличии па земной поверхности зоны обрушения.
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 1 |
|
ГК казатель |
|
/<10 |
|
|
/ > 1 0 |
|
|
|
io'10-J |
ЕО-10-3 |
|
io-10-» |
|
||
|
|
Т<0, Л ГЛ! |
7?0, Л Ш |
е „ - 1 0 - 3 |
|||
Средняя |
арифмети |
|
|
|
|
|
|
ческая |
............... |
•160 |
6 |
6 |
50 |
4 |
4 |
Предел |
пзменепия |
40—500 |
2—12 |
2—13 |
20—100 |
2—0 |
2—I |
Количество опреде |
|
|
|
|
|
|
|
лений |
. . . . |
76 |
37 |
54 |
23 |
11 |
21 |
Данными табл.1 можно пользоваться при оценках ожидаемых сдви жений и деформаций на неизученных месторождениях, при выборе мер охраны сооружений, находящихся в зоне плавных сдвижений. Рас пределение сдвижений и деформаций в зоне плавных сдвижений для приближенных расчетов можно принимать убывающим по линейной зависимости. В тех случаях, когда провалы и крупные разрывы земной поверхности отсутствуют, т. е. на месторождениях, анало гичных в отношении характера сдвижения угольным месторожде ниям, расчет сдвижений и деформаций может производиться по Руко водству [60].
Для охраняемых сооружений представляют опасность не абсо лютные величины вертикальных и горизонтальных сдвижений, а их
неравномерное распределение — соответственно наклоны, |
кривизна |
и горизонтальные деформации. Н а к л о н ы опасны в |
основном |
для высоких объектов, имеющих малую площадь основания (ба шенные сооружения, копры, трубы и пр.), а также для самотечных трубопроводов. На большинство сооружений наклоны не оказывают вредного влияния.
Неравномерность наклонов — к р и в и з н а наиболее опасна для зданий больших размеров. Положительная кривизна основания здания (обращенная выпуклостью вверх) приводит к возникновению в его несущих конструкциях напряжений и деформаций растяжения. Под влиянием кривизны в стенах здания образуются трещины с рас крытием, увеличивающимся снизу вверх. Отрицательная кривизна {обращенная выпуклостью вниз) приводит к деформациям сжатия сооружения.
Самыми опасными для сооружений и наиболее часто проявля ющимися на краях мульды сдвижения являются г о р и з о н т а л ь н ы е д е ф о р м а ц и и р а с т я ж е н и я . Видимые признаки влияния деформаций растяжения — трещины в фундаментах и сте лах зданий, имеющие раскрытие, примерно одинаковое на всем протя жении или уменьшающееся снизу вверх. Если определены расчет ные деформации земной поверхности на площадке охраняемого зда
ния, то ожидаемые повреждения могут |
быть заранее определены |
|||
в зависимости |
от величины показателя суммарных деформаций |
|||
|
А1 = 1 Y (mEe)2 |
(mkHk)2, |
(5) |
|
где I — длина |
здания; Н — высота; |
е й |
к — расчетные |
величины |
горизонтальных деформаций и кривизны |
[58], ms и тк— коэффи |
циенты условий работы, значения которых изменяются в зависи
мости |
от длины здания I следующим образом: |
|||
|
1, м |
Менее 15 |
15-30 |
Более 30 |
|
т. |
1 |
0.85 |
0,7 |
|
тк |
1 |
0.7 |
0,55 |
При А / ^ 100 лш большинство гражданских зданий не претер- |
||||
левает |
в и д и м ы х |
признаков деформирования. |
Разрушительные де |
формации наступают при Al > 3 0 0 мм. Углы сдвижения определя ются по величинам критических деформаций, при которых в охра няемых зданиях и сооружениях могут возникнуть незначительные деформации. Такие повреждения устраняются восстановительным ремонтом. Ориентировочная стоимость ремонта в процентах от стои мости здания определяется в зависимости от величины Al.
AI, мм .......................... |
До 80 |
81-120 121-180 |
181—240 |
241—300 |
||
•Стоимость |
восстановл- |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
тельного ремонта, % |
||||||
Для |
уменьшения |
вредных |
воздействий |
подработки на |
здания |
л сооружения могут применяться защитные конструктивные меро приятия.
Величины сдвижений и деформаций в зоне трещин, как правило, во много раз превышают критические [3]. Охрана сооружений в зоне трещин и террас поэтому практически неосуществима с помощью конструктивных защитных мероприятий. Нецелесообразны в боль шинстве случаев и могут рассматриваться только в качестве времен ной меры восстановительные ремонты зданий и сооружений. Для
определения времени проведения восстановительных ремонтов и сроков начала строительства на подрабатываемых территориях ис
пользуются данные о продолжительности процесса сдвижения. |
||
О б щ е й |
п р о д о л ж и т е л ь н о с т ь ю |
п р о ц е с с а |
с д в и ж е н и я |
земной поверхности называют |
период, в течение |
которого земная поверхность может находиться в состоянии сдвиже ния после прекращения очистных работ в данном районе. За оконча ние процесса сдвижения принимается дата, после которой в течение
одного года суммарное |
оседание ни одной из точек мульды сдвиже |
|
ния, за исключением |
зоны |
провалов, не превышает 50 мм. |
П е р и о д о п а с н ы х |
д е ф о р м а ц и й земной поверх |
ности — время, в течение которого подработанные здания и соору жения могут подвергаться значительным повреждениям. Крите рием окончания периода опасных деформаций принято считать оседания т ]< 30—50 мм в месяц.
Инструментальные наблюдения
Основным методом исследований и источником сведений о харак тере сдвижения и величинах параметров сдвижения в различных горногеологических условиях рудных месторождений являются инструментальные наблюдения. Результаты инструментальных на блюдений вместе с горногеологическими сведениями и прочпостными характеристиками пород служат основой для обобщений и исследо ваний влияния на процесс сдвижения различных горногеологиче ских факторов и для составления Правил и Указаний по охране со оружений. Наблюдения проводятся и обрабатываются по инструк ции [52], обязательной для всех рудников Советского Союза. В связи с этим ниже приводятся лишь некоторые наиболее важные сведения и положения методического характера с учетом накопленного опыта
проведения наблюдений за последние годы. |
|
|
Назначение большинства |
заложенных наблюдательных |
стан |
ций — получение параметров |
процесса сдвижения земной |
поверх |
ности. Закладке наблюдательной станции предшествует составление проекта, включающего план наблюдательной станции, геологиче ские разрезы по профильным линиям, расчет длин профильных линий и краткую пояснительную записку. Место заложения станции опре деляется с учетом возможности проследить начало возникновения процесса сдвижения, его развитие во времени и затухание под влиянием очистных работ отдельного рудного тела, блока или этажа. Если в задачу наблюдений не входит исследование специальных вопросов, например выяснение влияния размеров очистных выра боток на устойчивость боковых пород и земной поверхности и на величины параметров сдвижения, то станция должна располагаться в местах максимального ожидаемого развития очистных работ, т. е. по возможности в зоне полной подработки.
На каждой станции для контроля полученных значений основ ных параметров сдвижения необходимо закладывать не менее двух
освобождает от необходимости измерения расстояния головки ре пера до места приложения рулетки и от ввода дополнительной по правки в превышение при приведении длин к горизонту.
Вычисленные величины сдвижений и деформаций изображаются графически в виде кривых. Для каждого вида сдвижений и деформа ций строят отдельные графики, которые желательно размещать над разрезом по профильной линии. Примерный порядок графиче ского оформления разрезов и результатов наблюдений по профиль ным линиям изложен в Инструкции и Указаниях 152, 63].
Полученные углы сдвижения должны быть проанализированы по условиям их получения. Прежде всего следует выяснить, явля ются ли они минимальными, полученными при полной подработке, или более крутыми — при неполной подработке.
Необходимо иметь в виду, что полученные значения углов сдви жения и углов разрывов нельзя отождествлять с углами бортов карьеров или заоткоски уступов, как это иногда делается на рудни ках, и использовать эти углы при проектировании открытых работ. Наблюдения на земной поверхности не могут быть также непосред ственно использованы для решенйя вопросов, не связанных с ох раной сооружений па земной поверхности, например выбор пара
метров |
систем |
разработок. Специальные исследования требуются |
и при |
решении |
вопросов подработки водных объектов. |
По данным наблюдений должен быть составлен отчет с описа нием выполненных работ, анализом точности наблюдений и с прило жением ведомостей обработки наблюдений и необходимой графики. В отчете приводятся выводы о параметрах сдвижения и рекоменда ции по их практическому использованию.
Глава I I
РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ В КРИВОРОЖСКОМ ЖЕЛЕЗОРУДНОМ БАССЕЙНЕ
§3. Краткая характеристика Криворожского бассейна
Внастоящее время в Криворожском бассейне действуют десять рудников и пять горнообогатительных комбинатов (ГОКов), которые дают примерно половину всей добычи железной руды по Совет скому Союзу. В геологическом отношении бассейн представляет
собой узкую сложпоскладчатую полосу докембрийских сланцев и железистых роговиков, вытянутую в субмеридиоиальном направ лении и зажатую с востока и запада гранитами и мигматитами Ук раинского кристаллического массива. Длина рудоносной полосы криворожской свиты составляет около 100 км, а ширина колеблется от 2 до 6 км [14]. Породы криворожской свиты образуют синклииорий, осложненный многочисленными тектоническими наруше ниями.
to
<л
Группа |
Подгруппа |
Наибольшая длина залежи по прости ранию, м |
Коэффициент крепости пород висячего бока |
Форма и характер Форма залежей проявления процесса сдвижения
земной поверхности
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
|
|
- |
Углы сдвижения, |
Углы разрывов, |
воронкообраУглы градзованияV, |
||
|
град |
|
град |
|
р |
т а |
р" |
0' |
|
ii |
Монео |
5 и |
Обособленные столбообраз |
Над верхним |
контуром |
отра — |
— — |
— |
— |
— |
85 |
|||
|
70 |
более |
ные и штокообразные |
ботки залежи образуется во |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
ронка. Дальнейшее |
пониже |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
ние горных работ |
не вызы |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
вает увеличения зоны |
|
|
|
|
|
|
||||
и |
От 70 |
5 и |
Столбообразные, штокооб- |
Воронки, |
провал и реже |
зона |
|
60 |
80 |
85 |
85 |
|||
I |
до 350 |
более |
разпые н пластообразпые |
трещин. |
Увеличение |
зоны |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
опасных |
сдвижений на зем |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
ной |
поверхности |
прекра |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
щается |
при достижении ею |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
предельного контура, постро |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
енного |
согласно рекоменда |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
циям § 2i [55]. За зоной тре |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
щин имеет место зона |
плав |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
ных |
сдвижений с |
деформа |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
циями, |
не |
достигающими |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
критических значений |
|
|
|
|
|
|
Пх Более 350
5 и |
Пластообразные I и II Сак- |
Воронки, провал, террасы, |
4 5 - |
80 4 5 - |
80 85 |
более |
саганских пластов |
трещины и плавные сдвиже |
60 |
60 |
|
ния. Разработка залежей до предельной глубины вызы вает периодический рост зон
опасных сдвижений. Появ лению новых трещин в зоне плавных сдвижений пред шествуют деформации по верхности, превышающие критические значения
П9 Любая |
1—4 Линзообразные и пластооб |
|
II |
разные Западно-Ингулец- |
|
|
кой и Восточно-Ингулец- |
|
|
кой мульд, |
Глееватского |
|
Червопого, |
Червоно- |
|
Компаненского и Лихма- |
|
|
новского пластов |
Воронки, террасы, трещины |
4 0 - |
75 4 5 - |
75 85 |
|
и плавные сдвижения с де |
45 |
50 |
|
|
формациями, превышающими |
|
|
|
|
критические значения. |
Раз |
|
|
|
работка залежей до предель |
|
|
|
|
ной глубины вызывает |
уве |
|
|
|
личение зоны опасных |
сдви |
|
|
|
жений |
|
|
|
|
Па Любая 1—4 Залежи |
Тарапаковского |
пласта, |
а также сильно |
обводнепные участки за лежи подгруппы Н2
Воронин, террасы, трещины |
3 0 - |
65 3 5 - |
65 85 |
п плавные сдвижения с де |
35 |
40 |
|
формациями, превышающими критические значения. Раз работка залежей до предель ной глубины вызывает уве личение зоны опасных сдви жений
III 1-Из^2,51 |
5 и |
Обособленные |
слепые гиез- |
Опасные сдвижения на земной |
2 ' Н з^10тг |
более |
дообразные, |
столбообраз |
поверхности не появляются |
ные и пластообразные залежи
П р и м е ч а н и я : 1. Границы зон опасных сдвижений по восстанию залежей II группы определяются линиями сдвижения.
2.При наличии в лежачем боку залежей II группы рассланцованных неустойчивых пород с /< 8 происходит их сдвижение в форме скольжения слоев пород по слабым контактам. Ширина зоны сдвижения определяется в соответствии с табл. 3«
3.Конкретные значения углов (Ви |3" для залежей II группы приведены отдельно в табл. 3.
Общее падение крыльев складок — западное, под углом 35— 65°. Более пологие углы наблюдаются в южной части полосы, а бо лее крутые — в северной. Исключением является месторождение рудника Ингулец с вертикальным и обратным (восточным) падением залежей, а также залежи в Восточно- и Западно-Ингулецких муль дах, имеющие сложноскладчатое строение. Рудные тела залегают в основном согласно с вмещающими породами. Распространение пх на глубину различно и нередко достигает нескольких километров.
Мулы!а сдОижиния
Рис. 9. Мульда сдвижения земной поверхности на разрез вкрест простирания:
1 — зона опасных сдвижений; 2 — зона плавных сдвижений; з — зона тре щин и террас; 4 — зона воронок; 5 — провал; 6 — воронки; 7 — линия раз рывов; 8 — линия сдвижения
Коренные породы покрыты третичными и четвертичными рыхлыми отложениями, представленными суглинками, песками, глинами, лёссами и известняками. Мощность их изменяется от 10 м на руд нике им. Кирова до 80—100 м на руднике Ингулец. Наиболее рас пространенными системами разработки в бассейне в настоящее время являются системы подэтажного обрушения и подэтажных штреков (ортов).
С 1933 по 1941 г. исследования по сдвижению земной поверх ности в Криворожском бассейне проводились маркшейдерскими отделами шахт, Днепропетровским горным институтом, Госмаркконтролем УССР, Украинским филиалом ЦНИМБ и Криворожским НИГРИ. После 1947 г. систематическим изучением сдвижения гор ных пород занимается ВНИМИ. В послевоенные годы в исследова тельских работах принимали участие: К. С. Гуреева, В. С. Троиц
кий, |
В. И. Куликов, И. Н. Куваев, В. М. Можжерин |
и др. До |
1958 |
г. работами руководил Д. В. Машлаков, после |
1960 г. — |
В. И. Кузьмин. |
|
За период исследований с 1947 г. накоплен большой материал по наблюдениям за сдвижением горных пород и земной поверхности при разработке залежей от самых верхних горизонтов до глубины 500—600 м. В настоящее время в бассейне действует обширная сеть наблюдательных станций, заложенных на земной поверхности,
вгорных выработках и скважинах. Ниже приведены основные ре зультаты наблюдений по некоторым наблюдательным станциям, характерным для определенных групп месторождений.
Многообразие условий залегания рудных залежей и других горногеологических факторов вызывает множество различных форм проявления процесса сдвижения на земной поверхности. На рис. 9
вобщем виде показаны элементы мульды сдвижения и параметры, их определяющие. Следует отметить, что в Криворожском бассейне, представляющем собой узкую цепочку месторождений, в большин стве случаев примыкающих друг к другу, значения углов сдвижения Ô по простиранию залежей удается определить лишь в редких случаях. Достаточно указать, что из 93 профильных линий, на которых в на стоящее время ведутся наблюдения, лишь три направлены по про стиранию залежей.
По влиянию разработки отдельных залежей на характер и па раметры процесса сдвижения в Правилах охраны сооружений [55] их принято подразделять на следующие три основные группы (табл. 2):
I — залежи, разработка которых вызывает на земной поверх
ности образование воронок и провалов ограниченных размеров; II — залежи, разработка которых до предельных глубин вызы
вает периодическое развитие зон опасных сдвижений земной по
верхности; |
определенных размеров |
III — залежи, разработка которых до |
|
не вызывает опасных сдвижений земной |
поверхности. |
§ 4. Сдвижение пород висячего бока залежей
Залежи I группы. Разработка столбообразных залежей под группы 1х с длиной по простиранию менее 70 м вызывает на земной поверхности над верхним контуром выработанного пространства образование воронок обрушения. Дальнейшее увеличение глубины разработки сопровождается перепуском обрушенных пород и не значительным ростом размеров воронки на земной поверхности до образования устойчивых обнажений откосов воронки. Для опре деления на земной поверхности границ зон возможного образования воронок в Криворожском бассейне пользуются углом воронкообразования.
У г л о м в о р о н к о о б р а з о в а н и я |
в коренных поро |
|
дах Üназывается внешний относительно |
выработанного пространства |
|
угол, образованный на вертикальном |
разрезе |
вкрест простирания |
или по простиранию рудной залежи горизонтальной линией и линией, соединяющей соответствующую границу выработанного пространства с контуром воронки на контакте коренных пород
снаносами.
Рис. 10. Определение границ зоны возмож ного образования во ронок при разработке залежей подгруппы lj:
а — |
план |
поверхности; |
б — |
разрез |
вкрест про |
стирания; в— вертикаль ная проекция
С целью определения углов воронкообразования были изучены все первичные и большинство вторичных * воронок в Криворожском
* Первичные воронки — воронки, до появления которых земная поверх ность не имеет деформаций; вторичные воронки — воронки перепуска, которые появляются в пределах уже развившейся ранее зоны трещин и террас па зем ной поверхности.