Материал: Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений

конечной стадии развития горных работ будут удовлетворять требованиям норм безопасности, можно приступить к разработке проекта плана горных работ, т. е. к выбору направления и скорости подвигания очистных работ и к установлению последовательности отработки отдельных выемочных участков во времени. Этот предварительный календарный план развития горных работ в дальнейшем должен служить основой для уточненных рас­ четов ожидаемых деформаций шахтного ствола для заданных моментов вре­ мени через определенные (квартальные или полугодовые) интервалы, причем в формулы подставляется (для упрощения) временной коэффициент, равный единице. Если при этих дополнительных расчетах будет установлено, что в какие-то определенные моменты времени деформации крепи шахтного ствола превышают допустимую величину, их можно уменьшить соответствующим изменением принятых ранее направлений и порядка отработки участков,

нер шахты должен указать, какие горнотехнические мероприятия он считает целесообразным применить для разгрузки шахтной крепи на ее наиболее от­ ветственных участках. Кроме того, должен быть составлен план маркшейдер­ ских наблюдений за состоянием шахтного ствола, заключающихся в периоди­ ческом измерении глубин до заложенных в крепи реперов, проверке верти­ кальности оси ствола и проводников и в осмотре крепи [139]. Если на земной поверхности вблизи шахтного ствола имеются чувствительные к деформациям сооружения, то и они должны быть включены в число объектов, за состоянием которых ведутся наблюдения.

5.2.

Планирование горных работ в зоне околоствольного предохранительного целика

Поскольку характер деформаций шахтного ствола зависит от его расположе­ ния в плане относительной очистной выработки, горные работы могут быть запро­ ектированы с таким расчетом, чтобы в йонечной стадии их развития в шахтной крепи имели место определенного вида деформации (вертикальное растяжение или сжатие). Рассмотрим рис. 61, на котором показано распределение деформа­ ций вдоль шахтного ствола при различных его положениях относительно очистного забоя. В положении 1 шахтный ствол пересекает границу области влияния, а выше этой границы в крепи ствола возникают вертикальные дефор­ мации сжатия, максимум которых по мере приближения забоя к стволу сме­ щается вниз, а деформации возрастают вместе с увеличением оседания земной поверхности. Начиная с положения 2 , при котором максимум вертикальных деформаций сжатия достигает горизонта очистной выработки, деформации начинают уменьшаться и в положении 3 деформации сжатия становятся рав­ ными нулю; при этом благодаря прогибу слабых пород непосредственной кровли или закладки оседание земной поверхности возрастает от 0,3 до 0,5аМ,

Рис. 61.

Распределение деформаций горных пород, окружающих шахтный ствол, при различном расположении его относительно очистной выработки, пройденной до площади полной под­ работки:

т. е. до половины полного оседания. Далее над выработанным пространством массив горных пород в вертикальном направлении растянут. Поскольку при этом оседание земной поверхности увеличивается, то в положении 4 в закладке возникнут деформации сжатия, равные сумме вертикальных деформаций растяжения пород покрывающей толщи и оседания земной поверхности, т. е. 0,2аМ + 0,7аМ = 0,9аМ. При положении шахтного ствола в середине вы­ работанного пространства при полной подработке вертикальные деформации растяжения горных пород снова уменьшатся до нуля, а сжатие закладки до­ стигнет своего наибольшего значения, равного аМ (положение 5). Что ка­ сается пород почвы, то в промежуточных положениях 3 и 4 в них возникают

сива горных пород на шахтный ствол может существенно меняться, по срав­ нению с конечной стадией отработки, в зависимости от способа ведения горных работ и от конструкции крепи ствола на эксплуатационном горизонте (дефор­ мационные разделительные швы, сминающиеся деревянные прокладки и др.). При отработке предохранительного целика на одном крыле в направлении к шахтному стволу при ширине выемки, равной размеру полной подработки

Рис. 62.

Характер распределения вертикальных упругих деформаций в шахтной крепи при наличии разделительного шва (б, г, е) и без него (а, в, д) для трех случаев отработки околоствольного целика — односторонней выемки, симметричной выемки от периферии к центру и симме­ тричной выемки от центра к периферии

к стволу область деформаций сжатия увеличивается вплоть до горизонта очист­ ной выработки (кривая 2). После прохождения оси ствола очистным забоем в средней и верхней частях ствола возникают вертикальные деформации рас­ тяжения (кривая 3). При достижении площади полной подработки деформации пород вдоль ствола, находящегося в середине выработки, исчезают, но на го­ ризонте очистной выработки происходит резкое возрастание вертикальных деформаций сжатия (кривая 4), которые могут разрушить шахтную крепь, если в ней (что часто случается) не сделан заранее разделительный кольцевой деформационный шов, заполненный сминающимися деревянными прокладками (рис. 62, б). Таким образом, при односторонней отработке предохранитель­ ного целика от периферии к центру лежащая выше эксплуатационного гори­ зонта часть шахтного ствола претерпевает последовательно вертикальные деформации сжатия и растяжения и, кроме того, в отдельные моменты испы­ тывает наклон оси. При отработке узким фронтом длиной менее 2R (неполная

подработка) после выемки пласта в пределах предохранительного целика вместо кривой 4 в верхней части ствола остаются незначительные деформации

от периферии к центру (рис. 62, в). При этом совместное влияние двух встреч­ ных забоев вызывает сначала значительные вертикальные деформации сжатия в верхней части ствола (кривая i), превышающие деформации при односто­ ронней выемке (рис. 62, а). При переходе забоев в положение 2 здесь, как и в предыдущем случае, область деформаций сжатия захватывает и нижнюю часть ствола. После этого в верхней части ствола происходит разгрузка, но выше и ниже очистной выработки остается зона значительных вертикальных деформаций сжатия (кривая 5), исчезающая в случае, если в крепи имеется разделительный шов (рис. 62, г). Следовательно, при симметричной отработке предохранительного целика от периферии к центру ни в один из моментов отработки не возникает опасных вертикальных деформаций растяжения в верх­ ней части ствола, которая при проведении ствола по водоносным породам крепится тюбингами с уплотняющими кольцами (см. также рис. 56). При таком способе отработки целика можно по всей длине шахтного ствола пред­ отвратить возникновение вертикальных деформаций растяжения в бетонной крепи, весьма чувствительной к растягивающим нагрузкам, если на эксплуа­ тационном горизонте в этой крепи предусмотрен деформационный шов.

При отработке предохранительного целика от центра к периферии в верх­ ней части ствола не возникает вертикальных деформаций сжатия (рис. 62, д), а при наличии разделительного шва эти деформации не возникают на всей длине ствола выше шва (рис. 62, е). Влияние симметричной отработки в дан­ ном случае сказывается прежде всего в нижней части ствола (кривая i), в кото­ рой при отсутствии разделительного шва возникают вертикальные деформа­ ции сжатия и растяжения (рис. 62, д), а при его наличии — только деформации растяжения (рис. 62, е). При переходе забоев в положение 2 вертикальное растяжение шахтной крепи распространяется до верхней приемной площадки. По окончании выемки площади полной подработки вертикальные деформации крепи с разделительным швом падают до нуля (см. рис. 29), но при отсутствии шва на горизонте очистной выработки имеют место опасные вертикальные

Сравнение эпюр деформаций шахтных крепей по длине ствола с раздели­ тельным швом и без него ясно показывает преимущества устройства разделитель­ ного шва, полностью исключающего возможность возникновения вертикальных деформаций сжатия крепи на эксплуатационном горизонте. Поэтому во всех дальнейших соображениях о снижении деформаций шахтной крепи в промежу­ точных стадиях отработки целика взаимным наложением и компенсацией влия­ ний очистных работ будем исходить из предположения, что такой разделительный шов в крепи имеется. Такая симметричная относительно шахтного ствола отработка околоствольного целика необходима также для того, чтобы не только

Рис. 63.

Схема к определению величины скольжения Avx по поверхности разрыва в искривленной пачке слоев горных пород

Z

исключить возможность наклона оси ствола, но и предотвратить возможность среза шахтной крепи по плоскостям контактов слоев горных пород — ампли­ туда смещения при таком срезе часто достигает 1 дм. Разрушение шахтной крепи срезом возникает в том случае, если пересекаемые стволом слои горных пород при односторонней выемке предохранительного целика (см. положение забоев 2 на рис. 62, б) искривляется настолько сильно, что касательное на­ пряжение при изгибе т, возрастающее к середине слоя горной породы массива

Угол наклона породных слоев 6 может быть вычислен по оседанию трех точек слоя горных пород, расположенных вблизи шахтного ствола. Такое смещение слоев горных пород создает в шахтной крепи настолько большие напряжения, что им не может противостоять даже самая прочная крепь.

Полная к о м п е н с а ц и я д е ф о р м а ц и й шахтного ствола, при ко­ торой вертикальные деформации растяжения и сжатия совпадали бы во вре­ мени и пространстве, в начальной стадии отработки предохранительного це­ лика не может быть осуществлена, так как деформации сжатия при отработке от периферии к центру возникают в верхней части ствола (см. рис. 62, г), а де­ формации растяжения при отработке от центра к периферии в — его нижней части (см. рис. 62, е), а поэтому при симметричной отработке целика, веду­ щейся одновременно от периферии и от центра, крепь ствола вверху будет подвергаться сжатию, а внизу — растяжению. Взаимное погашение растяги­ вающих и сжимающих деформаций наступит только после того, как очистные забои придут в положение 2 (см. рис. 62). После этого все слои окружающего шахтный ствол массива горных пород будут оседать равномерно и с ними вместе опустится цилиндр шахтной крепи, не испытывая ни вертикальных сжатий,