книги / Сдвижение горных пород и земной поверхности под влиянием подземной разработки
..pdf—характеристики пород, тектонических нарушений и уголь ных пластов, включая сведения об опасности по горным ударам, внезапным выбросам угля и газа и т.д.;
—технологические возможности и ограничения шахты в осуществлении горных мер защиты, порядке отработки лавы и пластов, количестве одновременно работающих лав и т.д.
Охрана зданий и сооружения путем применения горных мер должна осуществляться по проекту, включающему:
—данные о горно-геологических условиях подработки охра няемых объектов, планы горных работ и разрезы с нанесёнными на них тектоническими нарушениями, литологией, проектируе мыми и ранее пройденными выработками по всем пластам, попадающим в зону влияния на охраняемый объект;
—данные об ожидаемых деформациях земной поверхности при обычном и проектируемом способах извлечения запасов;
—сведения об охраняемых сооружениях, санитарно-техни ческих сетях и технологическом оборудовании, необходимые для определения допустимых и предельных деформаций;
—обоснование выбранных мер охраны и ожидаемые техни ческий и экономический эффекты от реализации проекта;
—проект наблюдательной станции и программу наблюде ний, предусматривающие проведение инструментальных наблюдений за сдвижением земной поверхности и деформация ми подрабатываемого объекта.
Конструктивные меры защиты зданий и сооружений осущест вляются путем проведения строительно-монтажных работ до, во время или после подработки непосредственно на объекте охраны
(сооружении) или его грунтовом основании и предназначены для снижения деформации объекта от влияния подработки. Известные предложения по конструктивным мерам защиты классифицируются следующим образом:
1. Меры по снижению деформаций основания объекта.
1.1. Меры по снижению горизонтальных деформаций (ком пенсационные траншеи, глубокие щели, вертикальные скважи ны с заполнением легкосжимаемым материалом).
1.2.Меры по снижению вертикальных деформаций (отделе ние сдвигающихся масс грунта от массива, закрепление части массива).
2.Меры по регулированию деформационных воздействий в основании сооружений и на контакте сооружения с основанием.
2.1.Опускание участков объекта (удалением грунта из-под объекта механическим способом, а также понижением несущей способности основания нагревом, поочередным заморажива нием и оттаиванием, химическими реагентами, вымыванием грунта).
2.2.Подъем участков объекта (введением расширяющихся смесей, поочередным замораживанием и оттаиванием с фикса цией достигнутого подъема, подбивкой клиньев между фунда ментом и грунтом, нагнетанием твердеющих растворов, втрам бовыванием бетонной смеси, силикатизацией, обжигом, вибро уплотнением).
2.3.Снижение горизонтальных сил (прорезкой основания щелями с заполнением их тиксотропными растворами, устрой ством стенок из легкосжимаемых материалов, пропиткой грунта составами, снижающими трение и сцепление).
3.Меры по регулированию деформационных воздействий в конструкциях зданий и сооружений.
3.1.Меры по регулированию фундаментов сооружений (подклинка или вдавливание в грунт фундаментных подушек, вдавливание в грунт подушек с помощью грунтовых анкеров, регулирование толщины швов между подушками и телом фунда ментов, разборка части фундаментов с последующим восстано влением, разрезка фундаментов вертикальными швами).
3.2.Меры по регулированию надземной части (подклинка между фундаментами и надземными конструкциями, поддом крачивание надземной части, частичное удаление материала стен, швов, расклинка горизонтальных швов, выпиливание горизонтальных швов для возможности горизонтальных подви жек, разрезка стен вертикальными швами, перекладка участков стен и перекрытий).
4. Меры по усилению конструкций.
4.1.Меры по усилению фундаментной части (поперечные и продольные связи-распорки, железобетонные пояса ленточных фундаментов, армированные отмостки, железобетонные плиты между фундаментами, железобетонные обоймы фундаментов, стальные связи между фундаментами, уширение опоры фунда ментов).
4.2.Меры по усилению надземной части (металлические и железобетонные обоймы для стен, инъецирование в стены цементного раствора и клеющих составов, усиление примыка ния стен, усиление перемычек, увеличение площади опирания перемычек, балочных конструкций перекрытий, горизонталь ные пояса на разных уровнях в стенах, тяжи вертикальные, гори зонтальные, наклонные, продольные, поперечные, стальные балки в стенах, железобетонные балки в стенах, шпонки в сте нах, раскосы, стойки, накладки плоские и угловые, косвенное армирование).
Выбор мер охраны производится на основе технико-эконо мических расчетов.
Меры охраны городов, поселков, промышленных комплек сов разрабатываются проектными организациями. Меры охраны должны обеспечивать удовлетворительную эксплуатацию объек тов при минимальных затратах на их осуществление и при наи более полном извлечении запасов из недр.
Различают общие и частные меры защиты городов, посел ков, промышленных комплексов. Общие меры обеспечивают снижение деформаций поверхности под всей застроенной тер риторией путем, например, закладки выработанного про странства или частичной выемки запасов. Частные меры обес печивают снижение деформаций в основании отдельных объектов.
Выбор рационального комплекса общих мер защиты должен определяться технико-экономическим обоснованием и социальными требованиями. Рациональный вариант определя ется на основании оценок потерь угля в недрах, дополнительных
затрат на специальные способы ведения горных работ, стоимо сти конструктивных мер защиты объектов.
Определение условий безопасной выемки угля в зонах влия ния на охраняемые объекты выполняется в следующем порядке:
—устанавливаются конструктивные особенности и техниче ское состояние объектов и другие параметры, используемые для определения допустимых и предельных деформаций (показате лей деформаций);
—по рекомендациям «Правил охраны» определяются допу стимые и предельные деформации (показатели деформаций) основания для объектов;
—определяются безопасная и предельная глубины разработ ки пластов на разрезах, строятся горизонты безопасной и пре дельной глубины разработки;
—определяются пласты и участки пластов, которые распо лагаются:
а) ниже горизонта безопасной глубины разработки; б) между горизонтами безопасной и предельной глубин раз
работки; в) выше горизонта предельной глубины разработки;
г) отдельно выделяются участки пластов, отработка которых может вызвать образование провалов на земной поверхности, затопление поверхности или существенное изменение гидрогео логических режимов, которое может нанести значительный вред природе.
Безопасные и предельные глубины разработок используют ся для выбора мер охраны зданий и сооружений при перспектив ном планировании горных работ. Безопасные глубины разработ ки используются также при построении предохранительных целиков.
Планирование горных работ должно производиться исходя из следующих основных положений:
—ниже горизонта безопасной глубины горные работы в зоне влияния на охраняемые объекты могут вестись без применения горных и конструктивных мер охраны объектов;
—на участках между безопасной и предельной глубиной раз работки при ведении горных работ необходимо предусматривать применение раздельно или совместно горных и конструктивных мер охраны объектов.
При проектировании горных работ на участках выше пре дельной глубины или участках, разработка которых может вызвать образование провалов, необходимо совместное приме нение как горных мер защиты объектов, уменьшающих дефор мации как минимум до предельных величин, так и конструктив ных мер, обеспечивающих безопасную эксплуатацию объектов.
На стадии перспективного планирования горных работ в каждой зоне планируются принципиальные схемы ведения гор ных работ (применение закладки выработанного пространства, разделение пластов на группы, последовательность ведения гор ных работ в группах пластов, оставление предохранительных целиков) и намечаются принципиальные конструктивные меры защиты объектов (конструктивные усиления объектов, измене ние характера эксплуатации, ремонтно-наладочные и восстано вительные работы); выполняется экономическая оценка горных и конструктивных мер защиты объектов.
При пятилетием и оперативном планировании горных работ производится разработка конкретных горных и конструктивных мер защиты объектов на рассматриваемых участках.
Сэтой целью выполняются расчеты ожидаемых сдвижений
идеформаций земной поверхности, отвечающие календарному плану развития горных работ; определяются показатели дефор маций для гражданских и промышленных зданий, инженерных сооружений и коммуникаций, уточняются значения допустимых
ипредельных деформаций для зданий и сооружений с учетом подработки объекта несколькими горными выработками в одном пласте или в свите (многократной подработки), конкрети зируются горные и конструктивные меры защиты объектов.
При выемке угля под охраняемыми объектами с применени ем горных и конструктивных мер охраны или при отступлении от действующих «Правил охраны» угледобывающие или эксплуати
рующие объект организации должны проводить специальные инструментальные наблюдения за сдвижением земной поверх ности, деформациями объектов и технологического оборудова ния, изменением гидрогеологических режимов грунтовых вод и водоносных горизонтов с целью своевременной корректировки применяемых мер охраны. Наблюдения должны производиться в соответствии с «Инструкцией по наблюдениям за сдвижением горных пород, земной поверхности и подрабатываемыми соору жениями наугольных и сланцевых месторождениях» (М.: Недра, 1989) и «Методическими указаниями по наблюдениям за сдви жением горных пород и за подрабатываемыми сооружениями» (Л., 1987).
1.10.4. Подработка природных и специальных объектов
Охрана шахтных стволов. Вертикальные шахтные стволы вместе с копрами и зданиями подъемных машин, как правило, охраняются предохранительными целиками без учета безопас ных глубин.
Размеры предохранительных целиков во всех случаях опре деляются в зависимости от назначения и глубины ствола, типа крепи (жесткая или податливая) и глубины расположения целиков.
Жесткими считаются крепи из монолитного бетона и желе зобетона, кирпича, бетонита, тюбингов, металлических труб и другие, конструктивно не приспособленные к восприятию деформаций от очистных выработок.
Податливыми считаются крепи деревянные, а также из любого другого материала, конструктивно приспособленные к восприятию деформаций от очистных выработок.
Наклонные шахтные стволы охраняются предохранитель ными целиками до безопасной глубины разработки, определя емой по формуле Н6 = кб - т , в которой значения коэффициента
к6 для различных бассейнов и месторождений приведены в «Правилах охраны».
Безопасная глубина откладывается по вертикали от почвы наклонного ствола.
Если наклонный ствол возведен в подработанном массиве после окончания процесса сдвижения от предыдущей подработ ки, то для последующей подработки величина # б, рассчитанная по формуле, увеличивается на 15 %.
При разработке свиты пластов безопасная глубина опреде ляется специализированной организацией.
Частичная или полная выемка околоствольных предохрани тельных целиков как в процессе эксплуатации шахт, так и в период доработки запасов и ликвидации шахт производится по рекомендациям специализированных организаций с использо ванием «Указаний по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР»
(Л.: ВНИМИ, 1986) на основе сравнения расчетных деформаций массива горных пород с допустимыми деформациями для крепи стволов и выбора необходимых горных и конструктивных мер охраны. Конструктивные меры охраны стволов приведены во «Временных указаниях по проектированию, строительству и эксплуатации крепи и армировки вертикальных стволов уголь ных шахт в условиях влияния очистных работ» (Л.: ВНИМИ, 1972).
Подработка водных объектов. Опыт подработки искусствен ных водоемов показывает, что значительных утечек воды из них не происходит, если под дном водоёма залегают глинистые нано сы мощностью более 2 т.
При подработке водных объектов, расположенных на зем ной поверхности может происходить затопление отдельных участков мульды сдвижения. Поэтому необходимо определять границы участков предполагаемого затопления и принимать меры по обеспечению сохранности расположенных на них объектах.
Подработка лесонасаждений. Лесонасаждения (леса, парки, скверы) при подработке охраняются от образования под ними про валов и появления больших наклонов краев мульды, а также от нару шения водного режима в растительном слое. Наклон краев мульды на участке лесонасаждения не должен превышать 100 х 10'3.
Нарушения водного режима на подрабатываемом участке могут проявляться:
а) в затоплении леса скапливающимися паводковыми и атмосферными водами;
б) в затоплении леса вследствие опускания земной поверх ности ниже зеркала воды ближайших водоёмов;
в) в повышении уровня грунтовых вод относительно расти тельного слоя вследствие оседания земной поверхности;
г) в обезвоживании растительного слоя, вследствие ухода воды по трещинам, соединяющимся с горными выработками.
Меры охраны лесонасаждений на земной поверхности могут быть следующими:
-устройство водоспускных сооружений для отвода воды в существующие водоемы;
-устройство дренажных канав для понижения уровня грун товых вод;
-устройство ограждающих дамб.
Подработка породных отвалов и кладбищ. При выемке угля под горящими породными отвалами и отвалами, возгорание которых возможно, горные выработки подлежат охране от про никновения в них вредных газов, а при выемке угля под кладби щами — от проникновения зараженных поверхностных вод. Безопасная глубина разработки определяется так же, как для водных объектов. Построение предохранительных целиков про изводится по углам разрывов.
Территории кладбищ подлежат охране от затопления поверхностными и грунтовыми водами вследствие образования мульд сдвижения. Определение границ участков возможного затопления и применяемые меры от затопления те же, что и для водных объектов.
1.11. Построение предохранительных целиков
Охрана объектов с помощью предохранительных целиков осуществляется в тех случаях, когда расчетные деформации больше допустимых, а применение горных и конструктивных мер по технико-экономическим соображениям нецелесообраз
но. Предохранительным целиком называют часть полезного ископаемого, оставляемую под объектом (здание, сооружение, водоем и др.), чтобы не допустить его подработки.
Предохранительные целики строятся под охраняемую пло щадь, которая включает контур охраняемого сооружения (зда ния) и берму для создания запаса надежности. Ширина бермы зависит от типа или категории охраняемого объекта. Для верти кальных шахтных стволов она принимается равной 20 м, для шурфов — 10 м, а для зданий и сооружений в зависимости от допустимых деформаций - от 5 до 20 м.
Границы охраняемой площади для отдельных зданий (соору жений), у которых отношение длинной стороны к короткой менее 5 м, или для группы зданий определяются на плане следу ющим образом. Вначале строится охраняемый контур в виде прямоугольника со сторонами, параллельными линиям прости рания и падения пласта и проходящими через угловые точки зда ния (зданий). Параллельно сторонам прямоугольника на рас стоянии от них, равном ширине бермы, проводят прямые до их пересечения. Отрезки прямых между точками пересечения явля ются границами охраняемой площади.
При построении предохранительного целика под железную дорогу охраняемым контуром является основание насыпи, под наземные подвесные сооружения (трубопроводы, канатные дороги и др.) —линии, соединяющие внешние точки опор и т.д.
Построение предохранительных целиков может произво диться тремя способами: вертикальных разрезов, перпендикуля ров и проекций с числовыми отметками (изолинии). Способ перпендикуляров применяют обычно при построении предохра нительных целиков под сооружения и объекты вытянутой формы, способ вертикальных разрезов —под объекты ограни ченных размеров. Способ изолиний применяется редко из-за относительной сложности графических построений.
Для построения целиков любым способом необходимо иметь: характеристику объекта охраны, совмещенный план зем ной поверхности с объектом охраны и горными выработками,
геологический разрез, изогипсы угольного пласта или элементы его залегания. Из «Правил охраны ...» выбирают значения углов сдвижения, определяют категорию охраны, коэффициент безо пасности и ширину бермы. Все построения производят на пла нах и вертикальных разрезах в масштабе, как правило, 1:2000.
При построении предохранительных целиков под верти кальные шахтные стволы с копрами и зданиями подъемных машин следует учитывать, что они являются комплексными объектами, одна часть которых расположена в толще горных пород, другая — на земной поверхности. Главное внимание обычно уделяется той части, которая попадает в наиболее неблагоприятные условия. Так, при малой глубине разработки пластов значительные деформации развиваются в сооруже ниях, расположенных на земной поверхности, при большой — наоборот, они активнее развиваются в нижней части стволов, при этом чем больше глубина стволов и горных работ, тем силь нее проявляются эти деформации. Поэтому при небольшой глубине разработки пластов предохранительные целики под копрами и зданиями подъемных машин, построенные по углам сдвижения, одновременно защищают от деформаций и верти кальные шахтные стволы. С увеличением глубины разработки возрастают абсолютные размеры зоны опорного давления и особенно той ее части, которая оказывает вредное влияние на состояние стволов. При определенной глубине (обычно 400 м и более) размеры этой части зоны опорного давления в плоскости пласта становятся больше размеров целиков, построенных по углам сдвижения. Глубина, при которой практически зона опорного давления становится опасной для вертикальных ство лов с жесткой крепью, условно называется «большой». На этой глубине, как правило, начинаются качественные изменения проявлений горного давления, возрастают деформация пород, возникают выбросы и горные удары, наблюдается стреляние пород и угля. В слабых и пластичных породах интенсивно раз виваются процессы ползучести и пластического течения, кото рые начинают оказывать заметное влияние на глубинах 600 м в