ПОСЛЕСЛОВИЕ
Эта книга свидетельствует о больших успехах, достигнутых наукой о сдвиже нии горных пород и защите подрабатываемых сооружений с начала нашего столетия, а также с момента опубликования первого научного труда этого рода — работы О. Нимчика, вышедшей в 1949 г. Эти результаты исследова ний могут быть полезными не только в горном деле, но и в других областях науки и техники, так или иначе соприкасающимися с горной наукой. Здесь можно назвать, в частности, такие области, как строительное дело, техника путей сообщения, региональное планирование, вопросы земельной собствен ности и права. В совместных усилиях, направленных на обеспечение безопас ности транспорта и возможности жить и работать в местностях, подверженных
воздействию |
подземных горных разработок, специалистам по горному делу |
и связанным |
с ним отраслям знания неизбежно придется иметь дело как с из |
ложенными в этой книге результатами исследований, так и с их дальнейшим развитием. Исследовательские работы в этой области всегда будут продол жаться, поскольку как горное дело, так и строительная техника будут совер шенствоваться, и если сейчас можно назвать лишь некоторые новые достиже ния, как, например, концентрация горных работ на наиболее рентабельных участках или применение в строительном деле предварительно-напряженного железобетона и сборных элементов, то и в вопросах правовых отношений и хозяйственной политики сделано немало.
Как указывалось выше, снижение затрат по возмещению ущерба, причи ненного подработкой, может быть достигнуто в основном тремя путями:
а) |
при помощи |
расчета ожидаемых сдвижений земной поверхности; |
б) |
проведением |
конструктивных мероприятий для защиты сооружений |
от воздействия подработки; в) правильным планированием горных работ с целью снижения вредного
влияния сдвижений горных пород и земной поверхности на подрабатываемые объекты.
Во всех трех областях — науке о сдвижении горных пород, разработке защитных мероприятий и планировании горных работ — для будущих иссле дований имеются в распоряжении различные методы. Можно, например, раз рабатывать новые методы расчета сдвижений на основе механических моделей массива горных пород, подобные методу конечных элементов, в котором впер вые были учтены слоистость массива и механические свойства горных пород. Должны быть изучены геомеханические характеристики зон массива горных пород, изменяющиеся с изменением степени его подработанности и расслоения пород. На современном уровне наших знаний стало ясно, что ряд задач, еще стоящих в области расчета сдвижений земной поверхности, таких, как учет
влияния старых выработок, угла падения слоев горных пород, техники ведения горных работ и порядка отработки отдельных участков пластов во времени на напряженно-деформированное состояние массива горных пород, может быть решен только с использованием механических и реологических моделей массива горных пород и с учетом в вычислительном процессе изменений на пряженного состояния массива во времени. Аналитические методы, в которых массив горных пород рассматривается как однородная среда и принимается осесимметричное распределение влияния элементарной выработки на земную поверхность, которое сохраняется и при многократной подработке, или форму лы, описывающие профиль мульды оседания в зависимости от геометрических параметров очистной выработки, в будущем вряд ли смогут быть полезными.
Проводя систематические наблюдения в подземных выработках и на зем ной поверхности, маркшейдеры должны накапливать данные натурных изме рений. Результаты расчетов ожидаемых сдвижений горных пород и земной поверхности с помощью вычислительных машин и аналоговых приборов дол жны быть использованы для массовых сопоставлений результатов измерений с данными расчета. По расхождениям между измеренными и вычисленными величинами сдвижений точек можно, как известно, сделать ценные выводы относительно того, насколько удачно подобраны те или иные показатели и ха рактеристики горных пород. Наряду с этим должна вестись разработка чисто эмпирических методов расчета для быстрой ориентировочной оценки ожидае мых сдвижений и деформаций с применением наглядных номограмм и простых формул для расчета максимальных значений, которые обычно вполне доста точны для проектных работ и планирования. Результаты обработки натурных наблюдений могут служить основой для создания таких диаграмм и прибли женных формул, пригодных для целых горнопромышленных районов и бас сейнов.
Из мероприятий для защиты строительных сооружений наибольшее зна чение имеет частичная защита. Наиболее эффективными средствами защиты от воздействия небольших трещин в грунте основания сооружений являются деформационные швы и швы скольжения. Новые исследования, выполненные с помощью датчиков смещений и динамометров (мессдоз), установленных на фундаментах подрабатываемых сооружений, могли бы дать дополнительные сведения о действующих на сооружение нагрузок и о вызываемых ими силах сопротивления деформированию, чтобы на этой основе можно было снизить затраты на проведение конструктивных мер защиты сооружений, таких, как армированные плиты, работающие на растяжение, деформационные швы и др. Неверные заключения о том, что подрабатываемые сооружения подвергаются повреждениям преимущественно от воздействия горизонтальных (растяжение, сжатие) или вертикальных (кривизна) деформаций земной поверхности, при водят к неправильному выбору конструкций и защитных мероприятий, что, в свою очередь, является причиной значительных излишних затрат, не прино сящих пользы сооружению. Для крепей шахтных стволов должна быть разра ботана по возможности не требующая значительных затрат конструкция шва скольжения, которая бы предохраняла знешнюю поверхность шахтной крепи от воздействия усилий, вызываемых сдвижениями окружающих ствол пород,
а также по возможности несложные меры защиты крепи околостврльных выработок от воздействия сил, действующих в осевом направлении. Необ ходимо отметить, что до сих пор нет специальных методов измерения сдви гающих усилий, действующих на крепь, а также методов измерения вертикаль ных относительных смещений пород и крепи. Перспективным представляется также способ расчета с включением характеристик подрабатываемого сооруже ния, как исходных данных, в метод конечных элементов, а также графический метод расчета деформаций крепи шахтных стволов, основанный на закономер ностях передачи усилий при трении горных пород по крепи. Кроме того, тео ретические методы расчета, разработанные в настоящее время, должны быть усовершенствованы за счет использования данных, полученных в результате обработки новых серий натурных наблюдений.
При планировании горных работ необходимо учитывать то обстоятельство, что около 70% всех повреждений, причиняемых подработкой, вызывается воз действием вертикальной составляющей сдвижений, т. е. оседанием. Чтобы снизить оседания, необходимо там, где ожидается изменение режима грунтовых вод и условий водостока или значительные изменения уклона железных дорог
и каналов вследствие подработки, переходить от выемки полезного ископаемого
собрушением кровли к выемке с закладкой выработанного пространства. Пла нирование горных работ, основанное на детальном расчете ожидаемых сдвиже ний земной поверхности, необходимо также во всех случаях, если возникает необходимость подработки густонаселенных территорий. При этом следует обращать особое внимание на участки с дискретными деформациями земной
поверхности, так как на этих участках над тектоническими нарушениями в местах трещин, как показывает опыт, каждая новая подработка вызывает концентрацию деформаций и все большие и большие повреждения подрабаты ваемых сооружений.
На участках застройки высотными зданиями на трассах дорог и коммуни каций значительную опасность представляют образующиеся на земной поверх ности уступы. Очевидно, необходимо также при планировании горных работ исследовать вопрос о том, в какой степени подработанность породного массива и техника очистных работ (выемка с обрушением кровли, скорость подвигания забоя) влияют на характер изменения величины сдвижений горных пород и земной поверхности во времени (динамические значения сдвижений), если тре буется путем правильного выбора пространственного размещения выработок
ипорядка отработки выемочных участков обеспечить компенсацию растяжений
исжатий или кривизны вогнутости и выпуклости не только в конечной стадии процесса сдвижения, но и на промежуточных стадиях его развития.