ХП 1996 г.
Рис. 13.
Влияние тектоники на конвергенцию в очистной выработке:
1 и 2 — кривые, построенные для расстояния от добычного забоя, соответственно равного 2 и 4 м [136]
Рис. 14.
Схема распределения горного давления при камерной разработке пласта каменной соли [ 77 ];
I — зона добавочного (опорного) давления; II — зона неполной нагрузки на целики; III — зона полной нагрузки на целики; IV — зона опорного давления; V — выемочное поле (очистные выработки и разделя ющие их целики); h — уровень давления от веса пород покрывающей толщи:
1 — камера; 2 — целик
150 м, нагрузка оказывается меньше, чем в его середине или в краевой зоне соляного пласта (рис. 14). Дополнительное горное давление распространяется в глубь нетронутой части соляного пласта на расстояние до 250 м.
Таким образом, при камерной системе разработки наблюдаются такие же закономерности процесса сдвижения с образованием зон сжатия в породах кровли, как и при разработке системой сплошной выемки, если междукамерные целики проявляют податливость. Целики каменной соли при длительном действии нагрузки, превышающей 1000"Н/см2, деформируются неупруго (пла стично), причем их высота уменьшается, а ширина увеличивается. При
Рис. 15.
Реологическая зависимость растяжения соляных пород в условиях длрггелыю действующей нцгрузкн:
Т — первичная стадия |
затухающей |
ползучести; II |
|
вторичная стадия установившейся ползучести |
(при дли |
||
тельно действующей нагрузке 2000 Н/см2); III |
— трстг)Я |
||
стадия прогрессирующей ползучести |
при весьма высоких |
||
нагрузках; IV — зона |
мгновенной упругой деформации |
||
длительно действующей нагрузке более 2000 Н/см2 начинается вторичная пласти ческая деформация текучести (рис. 15), в результате которой через 50 лет происходит заполнение выработанного пространства камер на 50%, а через 100 лет — на 70%. Одновременно с пластическим деформированием целиков происходит обрушение отслоившихся соляных плит или коржей, а также пучение почвы, выражающееся в образовании разломов и внедрении целиков в слабые породы почвы на глубину до 20 см. В закладке боковая поверхность целиков находится под давлением, и при большой нагрузке они сначала уплот няются, а затем деформируются. Максимальное оседание кровли чаще всего составляет от 30 до 40%М , а при постоянной мощности соляного пласта зави сит от отношения площади целиков к общей площади выемочного участка.
Пример. Если при системе разработки, показанной на рис. 1, площадь всех камер в выемочном участке составляет 275 м2, а площадь целиков 125 м2, то полностью раздавлен
ные целики заполнят выработанное пространство на |
125 |
= 0,31 первоначальной |
|
275+125 |
|||
|
|
высоты камер и целиков и, следовательно, кровля осядет на 0,69 М, При таком отношении площади целиков к площади выемочного участка в средней части выемочного поля на це лики будет действовать нагрузка, на 69% превышающая горное давление от веса пород покрывающей толщи, которое на глубине 800 м составит 2000 + 1380 = 3380 Н/см2.
|
При |
разработке |
соляных месторождений с п о с о б о м |
в ы щ е л а ч и |
|
в а н и я |
можно принять, |
упрощенно, что выработанное пространство имеет |
|||
вид |
опрокинутого кругового конуса с радиусом |
|
|||
|
г — |
|
|
|
со |
|
|
|
|
|
|
где |
Q — количество |
соли |
плотностью р = 2 , 1 г/см 3, добытой |
из соответству |
|
ющей скважины. |
|
|
|
||
Часто случается, что фактический объем воронки выщелачивания ока зывается меньше расчетного в связи с опусканием кровли и увеличением ши рины целиков, так как, с одной стороны, ангидрит и глина во вмещающих породах при притоке воды могут разбухать до 30% и, с другой сторон ы , при
Рис. 16.
Схема образования пустот в залежи каменной соли при ее разработке способом выщелачи вания:
1 — буровая скважяна; 2 — ангидрит; з — залежь каменной соли; 4 — воронка выщелачивания
больших интервалах зондирования положение кровли на чертеже может быть показано только приблизительно (рис. 16).
1.4.
Горизонтальные сдвижения пород кровли
До сих пор рассматривались вертикальные сдвижения наблюдательных точек в кровле и почве пласта. Однако точки породных слоев кровли смещаются не строго отвесно или по нормали к напластованию, а движутся по сложным траекториям (криволинейным и петлеобразным), причем вертикальная соста вляющая такого сдвижения обычно в несколько раз больше горизонтальной составляющей. Поэтому кривые оседания кровли, показанные на рис. 8, от ражают конечное или промежуточное состояние нижней поверхности пород ного слоя кровли. Горизонтальные сдвижения точек кровли мало изучены, поскольку они не являются основным показателем, необходимым для расчета сдвижений горных пород, и, кроме того, потому, что величина таких сдвиже ний на поверхности, ограничивающей выработанное пространство сверху, зависит от слишком большого числа различных влияющих факторов. Сдви жение приходится измерять на доступных участках нижней поверхности по родного слоя кровли, где часто трение по контактам слоев и разрывные дефор мации проявляются настолько сильно, что ожидаемые горизонтальные сдви жения, обусловленные прогибом кровли, не поддаются измерению, так как их перекрывает сдвижение пород в зоне опорного давления по направлению к очистной выработке. Такое «раскатывание» пород кровли к выработанному пространству вызывается вертикальным дополнительным горным давлением и способствует поперечному сжатию кровли в зоне закладки, вызванному происходящим вертикальным растяжением вследствие разгрузки.
Измерения г о р и з о н т а л ь н ы х с д в и ж е н и й |
п о р о д к р о в л и |
в опережающих выработках, пройденных в зоне опорного |
давления, показали, |
что в результате ведения очистных работ впереди очистного забоя возникают
2 Заказ 744
Рис. 17.
Траектория сдвижения точки в кровле и точки в почве очистной выработки (в проекции на го
ризонтальную плоскость) |
при кровле t сложен |
|
ной хрупкими породами [465]: |
||
1 — забой; |
2 — опережающая |
выработка; сплошная и |
пунктирная |
линия — сдвижение точки соответственно |
|
позади и впереди забоя
100ИИ 50
деформации растяжения, а в пределах выработанного пространства — де формации сжатия [465]. Пункты, закрепленные в кровле в зоне опорного давления, при прохождении забоя через наблюдательную станцию сместились примерно на 5 см, а над краевой зоной поля закладки — примерно на 10 см в сторону выработанного пространства (рис. 17). Сдвижения в сторону выра ботанного пространства показали также измерения смещений точек кровли, выполненные в основном в выемочном штреке по простиранию (по оси штрека)
и по падению — 13,5° (рис. |
18). Горизонтальные сдвижения кровли, сложен |
||||||
ной хрупким |
песчанистым |
сланцем, начинаются в |
30 м впереди |
очистного |
|||
забоя [106]. |
Величина горизонтальных |
сдвижений |
по |
падению |
после |
про |
|
хождения забоя через наблюдательную |
станцию быстро |
возрастает до |
4 см, |
||||
а позднее почти до 6 см. Сдвижения по простиранию достигают 3 см, и вели чина их вновь начинает убывать только на расстоянии 180 м позади забоя. В направлении простирания непосредственно впереди и позади очистного забоя и довольно далеко в выработанном пространстве с закладкой устано влено также наличие деформаций растяжения до 0,4 мм/м, несмотря на то что кривизна нижней поверхности кровли в зоне опорного давления и в при
забойном пространстве |
является |
вогнутой. |
|
ном |
Указанное взаимное положение разрывных и изгибных деформаций в дан |
||
случае можно рассматривать |
в зависимости от системы трещиноватости |
||
как |
с к о л ь ж е н и е |
блоков пород по поверхности трещин (рис. 18,6). |
|
В зоне опорного давления угольный пласт, претерпевающий поперечное де формирование под действием повышенного горного давления, увлекает вме щающие породы в своем движении к выработанному пространству. В При забойном и выработанном пространстве трение по контактам и поддержива ющая кровлю жесткая опора отсутствуют, поэтому деформации растяжения, возникающие при оседании кровли, приводят к уменьшению величины нор мального давления на поверхностях трещин, так что сила тяжести породных блоков временно становится больше, чем силы трения по поверхностям раз рыва. и в слоях пород возникают «плоскости скольжения». Начиная с расстоя ния 180 м позади забоя, горизонтальные сдвижения по простиранию начинают уменьшаться, из чего можно сделать вывод, что здесь имеют место доформа-
а
Горизонтальные сдвижения точки в кровле этажного выемочного штрека [106]:
I — краевая зона угольного пласта впереди забоя; II — выработанное пространство, заполненное за кладкой; 1 и 2 — составляющие сдвижения соответственно по простиранию и падению пласта; з — кривая растяжения; 4 — кривая сжатия; 5 — кривизна выпуклости; 6 — кривизна вогнутости; 7 — нетронутый массив угля; 8 — первоначальное положение непосредственной кровли; 9 — закладка; S — расстояние от угольного забоя
ции сжатия. По-видимому, на этом участке восстанавливается боковой распор и блоки горных пород под действием возрастающего горного давления вновь претерпевают поперечное удлинение.
Впереди и позади забоя, от которого начинались очистные работы, должно также происходить смещение блоков пород кровли по направлению к зало женному выработанному пространству. Таким образом, кривые горизонталь ных сдвижений на разрезе по простиранию идут от обоих забоев к некоторой точке А , лежащей недалеко от неподвижного забоя, в которой смещение равно нулю (см. рис. 18). С момента прекращения очистных работ до достижения полного равновесия массива горных пород эта точка еще немного смещается к середине выемочного поля.
В отличие от рассматриваемых во второй части этой книги сдвижений земной поверхности, с увеличением размеров выемочного участка горизонталь ные сдвижения точек кровли над полем закладки возрастают лишь незначи тельно; они зависят главным образом от величины оседания кровли и от пред определенного трещиноватостью направления сдвижений. Точка нулевых сме щений А также не перемещается вместе с подвиганием очистных работ, а сле дует за движением добычного забоя с некоторым запаздыванием во времени
2*