реперов — 142. Реперы представляют собой металлические стержни диаметром 20 мм и длиной 1,5 м, зацементированные в скважинах диаметром 150 мм.
Наблюдения включали нивелировку реперов, измерение рас стояний между реперами и определение отклонений реперов от створа профильных линий (измерение ординат). Ввиду боль ших смещений реперов измерение ординат производилось при помощи ординатометра с нивелирной рейкой. Параллельно с наблюдениями на поверхности проводились наблюдения за сдвижением кровли выработок в шахте.
Проведенные наблюдения позволили достаточно полно оха рактеризовать процесс сдвижения земной поверхности. Были, определены величины и скорости оседаний, горизонтальных деформаций и сдвижений, углы обрушения (55—60°) и углы сдвижения. Последние определялись по различным критериям (оседания, наклоны, изменение наклонов, горизонтальные де формации).
На шахте № 4 „Юрковская" наблюдения за сдвижением поверхности были начаты в 1949 г. При этом в 1949 г. зало жено три, а в 1950 г.—две профильные линии. Из указанных пяти линий три располагались перпендикулярно, а две парал лельно линиям забоев лав. Общее количество реперов — 104. Тип реперов такой же, как и на шахте № 1 .Христофоровская".
Проведенные наблюдения позволили охарактеризовать про цесс сдвижений поверхности в условиях выемки одного (верх него) слоя пласта. Здесь, так же как и на шахте № 1 „Христофоровская", были определены величины и скорости сдви жений и деформаций, углы сдвижения и обрушения.
На шахте № 3 „Байдаковской" в 1949 г. было заложено шесть профильных линий с общим количеством реперов 198. Кроме того, было заложено 15 стенных реперов для наблю дений за неподвижностью сооружений промплощадки. Тип ре перов, характер и программа наблюдений такие нее, как и на предыдущих шахтах.
Наблюдения позволили получить углы обрушения, углы сдвижения, величины и скорость сдвижений и деформаций поверхности.
Следует отметить, что характер процесса сдвижений на; всех трех шахтах примерно аналогичный.
Р а з д е л II
ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА СДВИЖЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПО ФАКТИЧЕСКИМ ДАННЫМ
§ 1. ХАРАКТЕР ПРОЯВЛЕНИЯ СДВИЖЕНИИ. ФОРМА МУЛЬДЫ СДВИЖЕНИЙ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕФОРМАЦИИ
Характер деформаций горных пород и земной поверхности при подземной разработке угольных месторождений зависит от целого ряда геологических и горноэксплуатационных факто ров. К этим факторам следует отнести:
1)физико-механические свойства пород и строение толщи (в смысле мощности и чередуемости слоев);
2)угол падения пород;
3)вынимаемую мощность пласта;
4)глубину разработок;
5)гидрогеологические условия (обводненность пород, нали
чие плывунов, вечная мерзлота, закарстованность);
6)характер рельефа местности;
7)степень естественной нарушенности пород (складчатое
залегание, дизъюнктивные смещения, плоскости отдельности
икливажа);
8)нарушенность пород ранее произведенными горными ра
ботами (при повторных подработках толщи);
9)способ выемки угля и управления кровлей;
10)форму и размеры выработанного участка;
11)скорость подвигания забоя очистной выработки;
12)полноту выемки угля на разрабатываемом участке. Перечисленные факторы в различной степени оказывают
влияние на характер проявления сдвижений, углы |
сдвижения |
|||
и обрушения, величину деформаций |
поверхности, |
скорость и |
||
длительность протекания процесса, форму мульды |
сдвижений |
|||
и характер распределения в ней деформаций. |
печи сдви |
|||
При отходе |
очистной |
выработки |
от разрезной |
|
жение пород, |
вызванное |
обрушением или прогибом кровли, |
||
5* |
67 |
распространяется на более или менее значительное расстоя ние и при определенных условиях достигает земной поверх ности. Последнее имеет место при различных размерах вы работки в зависимости от состава горных пород, глубины раз работок, мощности и угла падения пласта, способа управления кровлей.
Наличие в покрывающей толще мощных слоев крепких по род при прочих равных условиях увеличивает минимальные размеры выработки, вызывающей распространение сдвижений
до земной |
поверхности. |
в Карагандинском |
бассейне |
|
По данным А. Н. Медянцева, |
||||
сдвижение горных пород достигает земной |
поверхности при |
|||
отходе забоя лавы от целика на расстояние ^ |
при |
первичной |
||
подработке |
и -j при вторичной |
(где Н — глубина |
разрабо |
|
ток). В условиях слабых пород и при небольших глубинах раз работок сдвижение поверхности начинается при весьма малом отходе забоя от целика, часто после первой посадки кровли (Подмосковный бассейн, некоторые шахты комбината Украинуглестрой).
На Ткварчельском месторождении по данным наблюдений ВНИМИ (С. П. Колбенков и Н. И. Митичкина) при первичной подработке толщи изолированной лавой сдвижение поверхности начинается после отхода забоя лавы от целика на 0,5 глубины разработок. Такие же данные приводит М. А. Кузнецов, на блюдавший за сдвижением горных пород в Ленинском районе Кузбасса.
В зависимости от глубины разработок Н, мощности пласта яг, способа управления кровлей и других факторов сдвижение
поверхности проявляется в различных формах. При —<20, при
71%
работах с обрушением кровли, земная поверхность деформи руется весьма сильно. Наблюдается различимое на глаз про седание поверхности, образуются широкие трещины над гра ницами очистной выработки. При весьма малых глубинах и значительной мощности пласта наблюдается образование про валов, которое при слабых породах может иметь место как над очистными, так и подготовительными выработками в случае обрушения последних (Кузбасс, Подмосковный бассейн, Че-
ремховское месторождение). Оседания поверхности при ^ — 20
в зависимости от состава пород могут достигать 70—80% (и несколько более) от вынимаемой мощности пласта, а наклоны
и горизонтальные деформации 100 мм/м и |
более. |
При —= 5 0 максимальные наклоны и |
горизонтальные де- |
1% |
|
формации могут достигать 20—25 и 10—15 мм/м соответствен но, вызывая образование грунтовых трещин.
68
При — = 100 наибольшие наклоны и горизонтальные де- |
||
хть |
|
|
формации соответственно уменьшаются до 10—15 и 5—7 |
M M JM . |
|
При этом если и наблюдаются грунтовые трещины, |
то |
незна |
чительных размеров. |
с |
возра |
При дальнейшем увеличении глубины Н в связи |
||
станием размера краев мульды и некоторым уменьшением осе даний деформации постепенно убывают и, наконец, становятся безопасными даже для ответственных сооружений.
В отличие от сдвижений земной поверхности характер де формаций толщи горных пород в настоящее время изучен
Рнс. 1. Схема обрушения и сдвижения пород над очистным пространством (по Г. Н. Кузнецову)
крайне слабо и может быть обрисован лишь в самых общих чертах.
При выемке пологопадающих и наклонных угольных пла стов с обрушением кровли в сдвигающемся массиве можно выделить три основные зоны:
1)зону беспорядочного обрушения пород;
2)зону прогиба пород с разрывом сплошности;
3)зону прогиба без разрыва сплошности.
Первая зона образуется за счет обрушения непосредствен ной кровли. Образование этой зоны обеспечивает более спо койное движение вышележащей толщи. Однако неполное подбучивание кровли и последующее уплотнение обрушившихся пород вызывают значительный прогиб пластов над зоной беспо рядочного обрушения.
Этот прогиб ведет к разрыву сплошности, характерному для второй зоны, Согласно представлениям Г. Н. Кузнецова [38], пласты пород расчленяются на блоки (рис. 1), размер которых зависит от мощности и прочности прогибающихся пластов.
69
По мере удаления от выработанного пространства прогиб пород приобретает все более плавный характер. Трещино ватость становится менее интенсивной и, наконец, совершенно исчезает, сменяясь прогибом пород без разрыва сплошности. Такой вид деформаций характерен для третьей зоны.
Развитие третьей зоны может иметь место лишь при сравни тельно большом отношении глубины разработок к вынимаемой мощности пласта. В ряде случаев эта зона может совершенно отсутствовать. При наличии мощных наносов, способных к значительному прогибу без разрыва сплошности, третья зона будет соответствовать толще наносов.
При работах с полной закладкой выработанного простран ства первая и вторая зоны могут совершенно отсутствовать.
Следует указать на некоторую условность приведенного выше разделения зон. В натуре смена этих зон в большинст ве случаев не является четкой и резко очерченной. Кроме того, при неоднородности и различной механической проч ности пород толщи, слои с разрывом и без разрыва сплош ности могут чередоваться, располагаясь в различных частях разреза.
Размер зоны беспорядочного обрушения определяет харак тер сдвижения вышележащей толщи и представляет значитель ный интерес при установлении возможности выемки сближен ныхпластов в восходящем порядке. В литературе широко известны формулы для определения высоты этой зоны по нор мали к пласту в зависимости от мощности пласта и коэф фициента разрыхления пород k. Следует отметить, что эти формулы вследствие значительных колебаний и невозможности точного определения k являются весьма приближенными.
Имеющиеся данные фактических наблюдений показывают, что высота зоны сравнительно невелика.
Так, в Челябинском бассейне бригадой ВУГИ (1936 г.) по средством бурения скважин на шахтах № 202 и 4/6 зафикси рована, высота зоны обрушения в пределах 9—10 м, т. е. 3—4- кратной мощности пласта.
Непосредственно зона обрушений наблюдалась в Челябин ском бассейне на Коркинских карьерах.
Здесь открытыми разработками была обнажена толща по род, подработанная очистными выработками шахт № 29, 27 и 19. Замер зоны обрушений показал, что высота ее не превы шает полуторной мощности пласта.
И. А. Петухов, основываясь на приведенных данных, при шел к выводу, что высота зоны обрушения в . Челябинском бассейне не превышает двойной мощности пласта при наличии
в непосредственной кровле |
глинистых сланцев и 5- кратной — |
||
при песчаниках. |
бассейне |
по |
данным бурения Прокопьев- |
В Кузнецком |
|||
ской спецконторы |
[7] высота |
зоны обрушения над мощными |
|
70