Материал: Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений

Рас. 241.

Взаимное наложение кривизны вогнутости (работы по пласту А) и кривизны выпуклости (работы по пласту В ). При этом на земной поверхности остается наклон на угол а:

1 и 2 —- оседание соответственно от пласта В и А ; з — суммарное оседание

Рис. 242.

Взаимная компенсация деформации растяжения и сжатия над двумя очистными выработ­ ками, одна из которых опережает другую на расстояние R:

1 — зона растяжений; 2 — зона сжатий; з — сооружение; 4 — неотрабатываемая часть пласта; 5 — пласт JSS 1 ; 6 — пласт № 2

или выпуклом участке мульды, будут испытывать небольшой наклон, который будет большим в направлении вкрест простирания пласта. Подобным же об­ разом можно скомпенсировать кривизну вогнутости, вызванную в централь­ ной части мульды отработкой пласта А (рис. 241), путем наложения кривизны выпуклости краевой части мульды, вызванной влиянием выемки пласта В, однако при этом часто все же не удается исключить наклон полностью.

Даже при благоприятных горно-геологических условиях, т. е. при гори­ зонтальном залегании пласта и отсутствии тектонических нарушений, взаим­ ную компенсацию деформаций растяжения и сжатия для всех промежуточ­ ных стадий развития процесса сдвижения удается осуществить лишь в гру­ бом приближении, как показывает приведенное на рис. 242 сложение кривых горизонтальных сдвижений для двух выработок, одна из которых смещена относительно другой на расстояние R . Деформации сжатия подрабатываемого сооружения, вызванные работами по пласту № 1, будут полностью погашены деформациями растяжения, вызванными выемкой краевой зоны в пласте № 2, только в том случае, если сумма обеих кривых горизонтальных сдвижений даст горизонтальную прямую (± e s = 0). Это может иметь место только при симметричных и конгруэнтных кривых горизонтальных сдвижений, а для этого необходимо, чтобы вынимаемая мощность, деформационная характери­ стика закладки, коэффициент влияния и размеры зон растяжения и сжатия у обеих очистных выработок были одинаковыми. Кроме того, точка

Рис. 243.

Взаимное наложение деформаций растяжения при выемке свиты пластов:

а __образование трещин разрыва ггои деформациях растяжения около 7 мм/м, вызванное проведением очист­ ной выработки № 4 в пределах соседнего шахтного поля (повышенная кривизна земной поверхности над ос­ тавленным целиком); б — суммирование кривых деформаций растяжения, смещенных одна относительно д р у г о й , при уже возникшей ранее трещине разрыва; 1 — суммарное растяжение (7 мм/м); 2 — трещина; 3 —. суммарное оседание; 4 — оставленный целик; 5 — концентрация суммарных растяжений вблизи тре­ щины; 5 — наносы; 7 — трещина

пересечения обеих кривых должна лежать на половине высоты максимума горизонтальных сдвижений vxmax, так как если, например, максимум горизон­ тальных сдвижений vlx max будет больше, то суммарная кривая, показанная на рис. 242 пунктиром, отклонится от прямой линии, что будет указывать на наличие сжатия или растяжения. Частичная компенсация деформаций сжатия и растяжения путем сочетания планов горных работ, показанных на схемах а и г (см. рис. 237), приводит, таким образом, к варианту подработки сооружения двумя пластами со смещением границ выработок по пластам на величину R (см. рис. 242), а это связано с необходимостью отказа от выемки части полезного ископаемого под охраняемым объектом по одному из пластов.

Если границы выработок в нескольких пластах свиты не смещены одна относительно другой (рис. 243), что часто имеет место у границ шахтного поля или горного отвода, деформации растяжения, суммируясь, могут соста­ влять 7 мм/м, при которых на земной поверхности образуются трещины. Ве­ роятность образования трещин еще более возрастает, если с противоположной стороны неотработанной пограничной зоны на соседнем шахтном поле также начинаются очистные работы, так как при этом увеличивается кривизна вы­ пуклости над оставленным целиком. Если трещина на земной поверхности уже имеется, суммирование деформаций растяжения происходит прежде всего в нарушенной зоне, даже если очистные забои смещены один относительно другого. Трещины на земной поверхности могут даже оказаться своего рода защитной мерой, если намеренно создать условия для их образования на рас­ стоянии, от 30 до 50 м перед подрабатываемым сооружением. При этом сдви-

женин земной поверхности у трещины прекращаются и сооружение остается за пределами укороченной мульды сдвижения (см. рис. 88 и 243). Чтобы до­ биться этого, производят отработку нескольких пластов один за другим, почти без опережения, начиная от линии, проведенной от выбранного места трещины на земной поверхности под углом разрыва (выемка обратным ходом).

Ведение горных работ с таким расчетом, чтобы деформации растяжения и сжатия в промежуточные моменты развития процесса сдвижения взаимно компенсировались, особенно в случаях, если наземные объекты подрабатываются выработками одновременно по нескольким пластам свиты, называют гармонич­ ной отработкой: в пластах, залегающих один над другим, отработка отдельных

остается неизменным, и происходит компенсация вызываемых этими забоями деформаций растяжения и сжатия. На рис. 244 показаны два варианта такого способа отработки. Если оба пласта (№ 1 и 2) отрабатываются одновременно от правой границы шахтного поля влево, причем забой по пласту № 1 отстает от забоя по пласту № 2 на расстояние, равное R (случай а), то подрабатывае­ мое сооружение сначала оказывается в зоне деформаций растяжений, созда­ ваемых обоими забоями. При отработке обоих пластов слева направо (случай 6) у подрабатываемого сооружения возникает временно только растяжение, создаваемое выемкой пласта № 1, по величине меньшее, чем в случае а. Таким образом, при неправильном планировании горных работ сооружение может подвергнуться повреждениям еще до того, как будет достигнута компенсация деформаций. Образовавшиеся в фундаменте трещины при продолжении горных работ снова закроются в результате последующего сжимающего воздействия подработки пластом № 1. Однако растяжения и сжатия сооружения в конеч­ ной стадии процесса исчезнут лишь в том случае, если при отработке каждого второго пласта отказаться от выемки полезного ископаемого на участке непо­ средственно под охраняемым сооружением или если во всех пластах выемка произведена до площади полной подработки (рис. 245); в противном случае останется некоторое превышение деформаций сжатия по сравнению с деформа­ циями растяжения. Выемку площади полной подработки можно производить частями, расположенными в шахматном порядке, как это предусматривается так называемой гармоничной выемкой (см. рис. 64, в), однако такой способ отработки далеко не всегда возможен как из-за геологической нарушенное™ пластов, так и из-за наличия уже ранее отработанных участков пласта [228].

Влияние разработки нескольких пластов на земную поверхность может быть в известной мере уменьшено путем целесообразного выбора последова­ тельности их отработки. Так, например, в случае, показанном на рис. 73, можно сначала произвести выемку пласта меньшей мощности, создав тем самым зону разгрузки в кровле и почве более мощного пласта. Под влиянием ранее проведенной по одному из пластов выработки конвергенция в выемочных полях вышележащего и нижележащего пластов будет, вопреки принципу суперпозиции, меньше, чем без предварительной отработки тонкого пласта.

При подработке сооружения горными работами только по одному пласту желательно (если этому не препятствует тектоническая нарушенность массива)

а

5

пласта

Рис. 244.

Гармоничная отработка двух залегающих один над другим пластов под сооружением:

1 — большее растяжение; 2 — меньшее растяжение

начинать подработку несколько в стороне от этого сооружения (рис. 246). При этом над приближающимися к сооружению участками выработки 1 и 2 образуется лишь незначительная волна растяжений. Деформации сжатия, вызываемые выемкой под сооружением участков 3 и 4, будут уменьшены накла­ дывающимися на них деформациями растяжения, обусловленными выемкой участков 3' и 4' в направлении от подрабатываемого сооружения. Таким об­ разом, благодаря смещению исходного забоя в сторону от охраняемого соору­ жения можно добиться того, что в месте расположения сооружения ни дефор­ мации растяжения, ни деформации сжатия не будут достигать своей полной величины.

Невозможность точного расчета сдвижений для промежуточных стадий процесса сдвижения приводит к тому, что мы можем получить лишь качествен­ ную картину взаимного наложения составляющих сдвижений, поскольку суммируются воздействия как участков пласта вблизи исходного забоя, отра­ ботанных несколько месяцев тому назад, так и участков пласта, расположен­ ных непосредственно за добычным забоем. Кроме того, принимаемая при рас­ четах линейная суперпозиция влияний нескольких очистных выработок лишь весьма приближенно описывает характер взаимодействия влияний этих вы­ работок в массиве горных пород и на земной поверхности.

При наклонном или крутом залегании пластов, в связи с асимметрией кривых горизонтальных сдвижений и оседаний в плоскости падения, взаимная компенсация растяжений и сжатий, а также наклонов может быть достигнута полностью только в направлении простирания, в котором процесс сдвижения развивается подобно тому, как при горизонтальном залегании. Кроме того,