В современных условиях конкурентной борьбы отечественной горной промышленности 1 с импортом топлива и других видов минерального сырья из-за океана значение науки о сдвижении горных пород возросло, так как не обходимо снизить затраты на защиту сооружений, составляющие в угольной промышленности 6—8% себестоимости добытого угля, обеспечив в то же время возможность разработки месторождений под застроенной территорией. Тем самым наука о сдвижении горных пород может способствовать освобождению от иностранной зависимости в деле обеспечения страны минеральным сырьем.
1 Имеется в виду горная промышленность ФРГ (примеч. переводчика)*
СДВИЖЕНИЕ |
ПРОЦЕСС СДВИЖЕНИЯ |
|
ПОРОД |
НАД ОЧИСТНОЙ ВЫРАБОТКОЙ |
|
В ГОРНОМ |
|
|
МАССИВЕ |
1.1. |
|
|
разработки полезных ископаемых |
|
|
Системы |
|
|
с точки |
зрения сдвижения горных пород |
Сдвижение горных пород начинается в массиве скальных пород на горизонте очистной выработки и заканчивается у поверхности слоя рыхлых покрыва ющих пород (наносов), в котором находятся фундаменты сооружений и пахотные земли сельскохозяйственных угодий. В результате выемки полезного ископае мого образуется искусственно созданное пустое пространство и зависающие породы горного массива теряют опору, так что слои горных пород над вырабо танным пространством под действием силы тяжести прогибаются, причем деформации распространяются до земной поверхности, а объем выработанного пространства в большей или меньшей степени уменьшается. От того, как раз вивается во времени процесс уменьшения объема выработанного пространства, зависит величина сдвижений верхних слоев горных пород. Эти сдвижения и являются главным объектом изучения при разработке методов расчета сдви жений горных пород и земной поверхности. Конвергенция в горных выработ ках типа штреков ввиду небольшой ширины этих выработок играет второсте пенную роль в процессе смещений пород покрывающей толщи.
Рассмотрим влияние систем разработки на процесс сдвижения горных пород.
С точки зрения науки о сдвижении горных пород целесообразнее всего
классифицировать с и с т е м ы р а з р а б о т к и по характеру управления |
|
кровлей. Под кровлей понимается породный слой, ограничивающий вырабо |
|
танное пространство сверху. При этом различают три группы способов упра |
|
вления |
кровлей [60]: |
а) |
поддержание кровли при помощи целиков (система разработки с оста |
влением |
целиков). |
Если кровля трудно поддается управлению или сложена водопроницае мыми породами, ее смещение во время очистных работ можно предотвратить, оставив между отдельными очистными выработками участки невынутого по лезного ископаемого. Такой способ разработки применяется при выемке мощ ных залежей руд или каменной соли при наличии крепких вмещающих пород. При этом залежь штреками подразделяется на ряд блоков, в которых затем производятся очистные работы (камерная система разработки) или расшире нием штреков отрабатываются боковые полосы (система ортовой выемки). Между камерами или ортами оставляются поддерживающие кровлю целики (рис. 1), которые под действием веса пород покрывающей толщи могут посте пенно деформироваться. Так, например, при разработке залежей каменной соли часто случается, что процесс сдвижения земной поверхности завершается только через 100 лет после начала разработки, когда оставленные соляные целики оказываются полностью раздавленными. Поэтому при исследованиях
Рнс. 1.
Система разработки камерами с почвоустугтным забоем:
1 — камера; 2 — междукамсрный целик; 3 — зона опорного давления; 4 — соляной массив; 5 — откаточный штрек
процесса сдвижения горных пород при |
отработке месторождений системами |
с оставлением целиков нужно считаться |
с большой продолжительностью про |
цесса деформирования породного массива, т. е. с реологическими свойствами горных пород, и, следовательно, учитывать так называемый фактор времени, а также критерии, определяющие характер разрушения горных пород (хруп кость и вязкость) 1
К системам разработки с оставлением целиков можно условно отнести также добычу нефти или природного газа из массива, сложенного пористыми породами, поскольку обладающий несущей способностью скелет этих пород не извлекается, а оставляется в недрах, играя роль своего рода поддержива ющих целиков. К этой группе можно отнести также разработку соляных место рождений способом выщелачивания, при котором в массиве остаются поддер
живающие кровлю целики соли, |
не растворенные водой: |
|
б) |
опускание кровли на |
новую опору (разработка с закладкой вырабо |
танного |
пространства). |
|
При этом способе выработанное пространство заполняется измельченной пустой породой (закладочным материалом), благодаря чему опускающиеся слои пород кровли заблаговременно встречают поддержку и оседают почти без разрушения — податливая закладка уменьшает прогиб и расслоение пород кровли. Поддержание кровли посредством закладки применяется при разработке лавами пластов мощностью от 1 до 3 м при большой площади выемочного участка и распространено преимущественно в угольной промыш ленности (рис. 2).
1 В западногерманской промышленности по добыче калийных солей в настоящее время
применяются преимущественно камерно-столбовая система и система разработки ворон ками.
Рис. 2.
Система сплошной выемки лавами по про стиранию:
j — зона опорного давления (разрабатываемый пласт); 2 — фронт очистных работ; з — приза бойное пространство; 4 — верхний (вентиляцион ный штрек); 5 — выработанное пространство, за полненное обрушенным материалом или заклад кой; 6 — нижний (откаточный штрек)
Система разработки лавами характеризуется большой длиной фронта очистных работ, большой площадью выемочных участков и значительной скоростью подвигания забоя. При этих условиях процесс сдвижения закан чивается обычно уже через два или три года после начала горных работ и на земной поверхности остается сравнительно пологая впадина — мульда оседания;
в) обрушение пород кровли (система выемки с обрушением).
При этой системе кровлю над выработанным пространством искусственно обрушают, чтобы не оставлять значительного пространства с консольно за висающими слоями пород кровли, могущими внезапно обрушиться и тем самым поставить под угрозу срыва дальнейшее ведение горных работ. Породы непо средственной кровли, отделяющиеся крупными глыбами от породных слоев основной кровли, должны при этом заполнить выработанное пространство рыхлым материалом (так называемая самозакладка) и создать податливую опору для пород основной кровли, прогибающихся почти без разру шения.
К группе систем разработки с обрушением можно также отнести приме няющуюся при эксплуатации рудных месторождений выемку системой под этажных штреков и выемку блоками [60]. При выемке системой подэтажных штреков (рис. 3), применение которой возможно при крутом падении рудного тела и достаточно устойчивых вмещающих породах, полезное ископаемое отрабатывается из очистных выработок (камер) высотой более 15 м через не сколько подэтажных штреков, а затем поступает на нижний откаточный штрек. При блочной выемке с обрушением (рис. 4) мощное рудное тело отрабатывается по всей его ширине — до контактов с вмещающими породами, подсекается по всей площади его основания и вынимается отдельными участками через нижние штреки с применением взрывных работ и использованием силы тяже сти. Подобным образом отрабатываются нижние горизонты при выемке систе мой подэтажных штреков с обрушением. Процесс обрушения распространяется до кровли рудного тела и в глубь верхнего целика (потолочины), что дает воз можность руде, находящейся в завале, и нарушенным породам докрывающей
Рис. 3.
Система разработки камерами с об рушением:
1 — подэтажные выработки; 2. — потоло чина; з — камера; 4 — выработанное про странство; 5\— целик; в — штрек; 7 — наклонный людской ходок
Рис. 4.
Система блочной выемки с обруше нием:
1 — очистная выработка; 2 — этажный штрек
толщи опускаться вслед за выпускаемой рудой, вследствие чего на земной поверхности образуются впадины типа мульд или грабенов.
Здесь мы йе рассматриваем системы разработки с выемкой полосами по вос станию или простиранию, при которых производится последовательная от работка полезного ископаемого полосами, имеющими, ширину, равную 1 — 3 ширины откаточной выработки. Эти системы разработки применяются при выемке крутопадающих рудных залежей (в частности жильного типа), залегающих в крепких вмещающих породах, так что сдвижения горных пород