Материал: Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений

со скоростью подвигания забоя v (м/сут) и радиусом площади полной подра­ ботки R (м) [407]:

В формулах (367)—(370) вынимаемая мощность указывается в миллимет­ рах. Получаемые по этим формулам деформации (за исключением наклонов) больше, чем наблюдающиеся в Рурской области (табл. 20), однако еще большие деформации наблюдаются в Саарском бассейне1 [75, 234].

1 Первые формулы для приближенной оценки общего горизонтального сдвижения А«общ, по профилю мульды оседания были предложены в 1919 г. К. Леманом; они были выведены, исходя из предположения о поворотах породных блоков навстречу друг другу с обеих сторон выемочного поля (Ь — половина длины очистной выработки), причем оседание кровли в се­ редине очистной выработки принималось равным аМ. Эти формулы имели вид [227]:

оН

—А$общ 1—2яД/ ^ ;

“Ь А$общ — 0,5 (—А^общ) •

где максимальное оседание vZmax, которое в зависимости от величины выемоч­ ного поля меньше, чем полное оседание аМ , должно переводиться в милли­ метры. Деформации сжатия достигают критических значений при ширине выемочного поля 0,24Н и его длине 2R. Коэффициенты в первых двУх Фор­ мулах приведены для выемочного поля длиной 2R и шириной 0,5# [276].

Если принять в формулах для кривизны и наклонов R = 0,7Н и выра­ зить коэффициенты округленными числами, то можно построить наглядную диаграмму, по которой могут быть ориентировочно определены экстремальные значения параметров сдвижения земной поверхности для М = 1 м в зависимо­ сти от глубины разработки и способа выемки полезного ископаемого (рпс- 185). Для других значений вынимаемой мощности и коэффициентов полуяенные‘ результаты могут быть вычислены при условии, что их изменение проИсх°Дит по линейному закону, т. е., например, при М = 1,8 м полученные значения наклонов и горизонтальных деформаций нужно умножить, а значения радиуса кривизны — разделить на 1,8. Из этой диаграммы можно видеть, что с ростом глубины разработки деформации земной поверхности уменьшаются. Есл0 изве­ стны размеры области влияния на земной поверхности или радиус пЛ01ДаДи полной подработки R, то можно определить сдвижения для любых точек про­ филя по их расстоянию от точек, где сдвижения достигают экстремальных значений. Например, наклон в точке 1 на рис. 186 составляет vz

Рис. 185.

Зависимость экстремальных значений деформации земной поверхности над очистной выра­ боткой от глубины разработки, мощности пласта и системы разработки:

I — при выемке с закладкой выработанного пространства; II — при выемке с обрушением кровли

Рис. 186.

Схема расположения точек с экстремальными значениями деформаций земной поверхности относительно очистной выработки:

I, II, III, IV — линейное распределение соответственно растяжений, сжатий, кривизны, наклонов; V — кривая оседаний; VI и VII — растяжение соответственно при полной и неполной подработке

1 0 .6 .

Критические замечания по расчету сдвижений земной поверхности

Наука о сдвижении горных пород, опирающаяся на работы сравнительно небольшого круга исследователей-марШнейдеров, за несколько десятилетий XX в. сделала, несомненно, заметные успехи. Если не говорить об особо слож­ ных горнотехнических и горно-геологических условиях, создаваемых крутым падением пластов, наличием нарушенных зон и высокой концентрацией очист­ ных работ, то в настоящее время имеется возможность с помощью существу­ ющих методов расчета определять ожидаемые сдвижения земной поверхности с достаточной для производственных целей точностью (+10% при пологом

и±20% при крутом падении). Однако нельзя не признать, что еще ждут реше­ ния некоторые проблемы, которые или возникали вновь или же существовали

иранее, но лишь теперь стали актуальными в связи с возросшей степенью

наблюдений влияния геомеханических, геометрических и горнотехнических факторов на процесс сдвижения земной поверхности. В ФРГ не уделяется достаточного внимания сбору данных опыта, например о величине и местополо­

жении максимальных значений параметров сдвижения, а также о развитии процесса сдвижения во времени и о соотношении оседаний и горизонтальных сдвижений; кроме того, научная обработка опубликованных результатов изме­ рений часто затрудняется из-за недостатка данных для привязки этих резуль­ татов к конкретным условиям горного предприятия.

2. Ни одним методом расчета, за исключением метода конечных элементов, до сих пор не поддавалось учесть фактическое местное распределение конвер­ генции в краевой зоне очистной выработки и явление вторичного оседания, вызванного влиянием ранее отработанной горной выработки, граничащей с рас­ четной выработкой (активизация сдвижения, вызванная влиянием старых горных работ). Правда, для методов расчета с помощью интеграционных сеток было предложено компенсировать влияние недостаточной или избыточной кон­ вергенции в краевой зоне введением различных значений коэффициента оседа­ ния для двух краевых полос (см. рис. 72) или добавлением к площади очистной выработки полосы шириной от 5 до 15 м [24, 87 J, однако из-за сложности практического осуществления этих рекомендаций их чаще всего не выполняют, -хотя локальное распределение величин конвергенции в выемочном поле как исходных данных, от которых зависит характер процесса сдвижения пород­ ного массива, должно вводиться в расчет с возможно большей точностью. Кроме того, часто не принимается в расчет влияние околоштрековых бутовых полос на процесс оседания (см. рис. И).

3.Чтобы иметь возможность с достаточной точностью определять ход раз­ вития процесса сдвижения во времени, необходимо вводить в расчет данные on изменении с течением времени таких факторов, как конвергенции в очистной выработке (см. рис. 171) или деформирования целиков (см. рис. 14), степени разрыхления и последующего уплотнения пород основной кровли в зоне обру­ шения (см. рис. 7), об уменьшении с ростом степени подработанности массива изгибной жесткости породных слоев, а также данные об изменении во времени деформированного состояния пород в средней и верхней части горного мас­ сива (см. рис. 173). Все это вероятно, можпо осуществить только теоретиче­ скими методами с многократным повторением расчета для различных сочетаний влияющих факторов.

4.Наблюдающаяся даже при горизонтальном залегании пласта асиммет­ рия профиля мульды оседания (см. рис. 165), явно связанная с направлением развития очистных работ, а также зависящая от степени подработанности и ориентировки систем трещиноватости породного массива [324] может быть учтена при расчете путем повышения «веса» ячеек интеграционной сетки в той

ееполовине, которая находится в стороне движущегося забоя, хотя более близкие к действительности результаты можно было бы получить методами, основанными на теоретических моделях горного массива с учетом упругопласти­ ческих и реологических свойств пород, или же использованием асимметричной функции распределения (см. рис. 43).

5.Дополнительное оседание породных слоев кровли, обусловленное возобновлением процесса сдвижения под влиянием соседних с очистной выра­ боткой старых (ранее отработанных) выработок, приводит к тому, что оседание земной поверхности над очистной выработкой оказывается больше, чем полу-