книги / Сдвижение горных пород и земной поверхности под влиянием подземной разработки
..pdfусловиях пологого залегания пластов и 700 м в условиях круто го залегания, хотя, строго говоря, они зависят не только от углов падения пластов, но и от физико-механических свойств горных пород, их литологического состава и других влияющих факторов. Однако количественно оценить влияние этих факто ров пока не представляется возможным. Глубина от 400 до 600 (700) м считается переходной.
Меры охраны стволов определяются в зависимости от глуби ны и условий, в которых они находятся, а также от их назначе ния, вида крепи и оборудования. Так, при глубине менее 400 м все шахтные стволы, согласно действующим «Правилам охраны сооружений....» охраняются целиками, построенными по углам сдвижения. При глубине более 600 (700) м границы предохрани тельных целиков для вертикальных главных и вентиляционных стволов с жесткой крепью, оборудованных постоянным подъе мом (кроме инспекторского), определяются линиями пересече ния пластов плоскостями, проведенными от охраняемой площа ди под граничными углами.
На глубине от 400 до 600 (700) м эти стволы охраняются целиками, построенными по углам, имеющим промежуточные значения между углами сдвижения и граничными углами. Углы в наносах принимаются одинаковыми и равными углам сдвиже ния во всех направлениях независимо от глубины горных работ, назначения и вида крепи стволов. Наносы мощностью менее 5 м при построении целиков не учитываются.
Для вентиляционных и воздухоподающих стволов, не обору дованных постоянным подъемом или оборудованных инспек торским подъемом, а также для стволов с податливой крепью границы предохранительных целиков для всех глубин разработ ки пластов определяются по углам сдвижения. При этом они должны отстоять от стволов в плоскости пласта при глубине до 400 м на расстоянии не менее 50 м —при углах падения пластов и не менее 60 м —при а >45. При глубине более 400 м указанные минимальные расстояния увеличиваются из расчета 10 м на каж дые последующие 10 0 м глубины.
Ниже приводятся примеры построения предохранительных целиков различными способами и пояснения к ним.
1.11.1. Построение предохранительного целика способом вертикальных разрезов для охраны жилого дома
Охраняемый объект (жилой дом) расположен на угольном месторождении с неизученным характером процесса сдвижения земной поверхности.
Четырехэтажное кирпичное здание (толщина наружных стен 510 мм, износ здания менее 25 %) расположено длинной стороной под углом к линии простирания угольного пласта. Приведены размеры здания, глубина залегания угольного пла ста, его мощность и угол падения, мощность наносов.
Обоснование необходимости оставления предохранитель ного целика.
В соответствии с «Правилами охраны...» допустимая величи на показателя суммарных деформаций для рассматриваемого жилого дома составляет [ А^Д ]—170 мм; предельная величина показателя суммарных деформаций, превышение которой может вызвать аварийные повреждения здания, [ А^П ] =280 мм.
Допустимые [гд] и предельные [sn] величины горизонталь ных деформаций определяют по формулам:
|
[д£д ]хкГ3 |
[дгп ]х10-3 |
|£д ] - |
1,2щ е |
>[8п 1— , - j T — > |
где I — длина здания, м;
т&- коэффициент условий работы, зависит от длины здания £ . Безопасную глубину Нб и предельную глубину # п разработ
ки определяют по формулам:
Нк - к с |
т |
; # п |
=кс т |
|
г |
а |
М ’ |
||
|
где т - вынимаемая мощность пласта, м; ке—коэффициент, определяется в зависимости от угла паде
ния пласта :
а , градус |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
кг |
1,2 |
1,0 |
0,8 |
0,8 |
0,7 |
Сравнивая фактическую глубину залегания разрабаты ваемого пласта с расчетной предельной, устанавливают необходимость применения горных и конструктивных мер защиты здания. Применение конструктивных мер повлекло бы за собой временное прекращение эксплуатации здания, что в данной ситуации неприемлемо, а горные меры охраны одиночного здания экономически невыгодны. В связи с этим под зданием необходимо оставить предохранительный целик.
Построение границ предохранительного целика производят от границ охраняемой площади (рис. 1.15). Для этого в нижнем левом углу ватмана строят в масштабе контур здания. Вокруг зда-
Рис. 1.15. Построение границ предохранительного целика для отдельно стоящего здания
ния через его угловые точки строят прямоугольник, стороны которого ориентируют по простиранию и вкрест простирания пласта. Параллельно этим сторонам на расстоянии от них, рав ном ширине бермы, проводят прямые до их взаимного пересече ния и получают контур охраняемой площади АБВГ. Ш ирину бермы определяют в зависимости от величины допустимых гори зонтальных деформаций [ед].
Проектируют границы охраняемой площади на вертикаль ный разрез вкрест простирания пласта и получают точки А (Б) и Г (В).
Углы сдвижения в наносах (р принимаются одинаковыми во всех направлениях и определяются в зависимости от мощности наносов. В соответствии с «Правилами охраны ....» угол сдвиже ния Ô в коренных породах принимают равным 70° и у = 5. Угол сдвижения р находят по таблице в зависимости от угла падения пласта а .
На разрезе вкрест простирания пласта от точек А (Б), Г(В) проводят линии в наносах под углом сдвиж ения ф и про должают их в коренных породах под углами сдвиж ения р и у до пересечения с угольным пластом. Получают верхние а(б) и нижние г(в) границы предохранительного целика для этих точек.
Для определения границ предохранительного целика по простиранию пласта строят вертикальный разрез по простира нию и наносят на него с плана границы охраняемой площади точки Б(В) и А(Г). Из этих точек проводят линии в наносах под углом ф и в коренных породах под углом Ô до пересечения с гори зонтальными линиями, проходящими через точки а (б) и г (в) на разрезе вкрест простирания, и получают верхние и нижние гра ницы целика по простиранию пласта.
Границы предохранительного целика, полученные на верти кальных разрезах вкрест простирания и по простиранию пласта, переносят на план и получают контур предохранительного цели ка по угольному пласту —а,б,в,г.
Предельно минимальные размеры предохранительного целика, при которых допускается проведение выработок, опре деляются следующим образом. На плане из угловых точек цели ка а,б,в,г проводят линии, делящие углы, образованные грани цами целика, пополам до пересечения с границами контура охраняемой площади (линии а - О,, б —0 2, в - 0 3, г - 0 4 ). Из точек пересечения этих линий (0 [,0 2,0 3,0 4) с контуром охра няемой площади проводят окружности радиусом, равным мини мальному расстоянию от указанных точек до линий границ целика (Л, R2 Щ R4). Длина радиусов равна длине перпендикуля ров, опущенных на линии границ целика из точек 0 ,,0 2,0 3,0 4. Указанные окружности определяют предельную границу целика. Если линии а—О,, б—0 2, <?-0 3, г—0 4 не пересекают контур охра няемой площади, то предельная граница определяется радиусом окружности, проведенным из точек пересечения прямых : а—0 {, б—0 2, в—0 3, г—0 4.
Производят подсчет запасов в предохранительном целике.
1.11.2 Построение предохранительных целиков способом перпендикуляров.
Этот способ основан на допущении, что зона вредного влияния от элементарного объема A V выработанного простран ства распространяется по эллиптическому конусу, вершина которого находится в центре указанного объема. Горизонтальное сечение данного конуса представляет собой два полуэллипса, характеризующиеся следующими полуосями (рис. 1.16):
ОВ = ОГ = H- Ctgô ; OA = О'А = H - Ctgy;
ОБ = О'Б' = H ' Ctgp. |
(1.59) |
Длину отрезков в диагональных направлениях (ОД, ОЕ и |
|
т.д.) вычисляют в этом случае из выражений |
|
ОД = Н • Vctg2p• Cos20 + Ctg2S•Sin2 0; |
(1.60) |
OE = H- Vctg2y • Cos20 + Ctg2ô •Sin20, |
(1.61) |
Г
Рис. 1.16. Область влияния элементарного объема выработанного про странства: а - разрез вкрест простирания пласта (залежи); б —план; 1— пласт или рудная залежь; 2 - элементарный объем .
где Н —вертикальное расстояние от элементарного объема до земной поверхности; 0 — угол между направлением соответ ствующего отрезка (ОД, ОЕ и т.д.) и направлением простира ния пласта.
В соответствии с выражениями (1.60) и (1.61) формулы для определения значений Ctg р' и Ctg у имеют вид:
C tg P '^ f = ï/c tg 2p- Cos2Ô+ Ctg28• S i n \ (1.62)
H
где P' и / — углы сдвижения соответственно в сторону восста ния и падения пласта по диагональным направлениям ОД, ОЕ
и Т.Д.
Следовательно, расстояние в плане в диагональном напра влении от границы охраняемой площади до границы целика будет равно:
q~H q -ctgp'; |
(1.64) |
£=Hr ctqŸ, |
(1.65) |
где Нди Не — глубины расположения точек пересечения пла ста линиями, проведенными соответственно под углами Р' и У от границ охраняемой площади в вертикальной плоскости 9 , т.е. плоскости, составляющей с направлением простирания пласта угол 0 .
Значения Нпи Не вычисляют из выражений:
Ч
где Н — глубина залегания пласта под границей охраняемой площади в плоскости 0 ; а' —угол падения пласта в диагональ ном направлении, т.е. угол наклона к горизонту линии пересе чения пласта с плоскостью 0 .
Подставив значения Hq и Не в формулы (1.64) и (1.65) и заменив tg а ' выражением tg а • cos0 , получим
H
( 1.66)
l+ctgP'-cosO-tga’
1 - ctgy'-cos 0 -tga’ |
(1.67) |
Значения длин перпендикуляров q и £ и углов сдвижения (3' и / для различных условий залегания пластов приведены в «Пра вилах охраны..» в виде таблиц и номограмм.
Построение целиков по способу перпендикуляров для объектов ограниченных размеров производят обычно в два этапа. На первом этапе по допустимым деформациям или по категории охраны сооружений устанавливают размер бермы, с учетом которой строят контур охраняемой площади на земной поверхности. Линии контура могут быть параллельны линиям падения и простирания пластов или сторонам охраняемого объекта. При наличии наносов определяют контур охраняемой площади на контакте наносов с коренными породами, для чего параллельно контуру на земной поверхности проводят линии на расстоянии от него равном çcp, значение которого вычисляют из выражения:
4<p=h-ctg(p,
где h - мощность наносов; ф - угол сдвижения в наносах.
На втором этапе строят контур предохранительного целика на плане, откладывая от границ охраняемой площади соответ ствующие перпендикулярные отрезки и г. Значения# и £ опре деляют по формулам (1.66) и (1.67),а значение г (границы целика по простиранию на глубине Н) из выражения:
r -H c tg b .
При наличии наносов значения Я в этих формулах уменьша ют на h , а перпендикуляры откладывают от границы охраняемо го контура на контакте наносов с коренными породами.
Построение предохранительного целика под линию
|
железной дороги. |
При построении предохранительных целиков под вытяну |
|
тые объекты соблюдается такая последовательность (рис. 1.17): |
|
а) |
по изложенной выше методике строят охраняемый конту |
на контакте наносов с коренными породами;
Рис. 1.17. Построение предохранительного целика под вытянутый объект (железную дорогу): I — охраняемый объект; 2 —охраняемый контур на поверхности (с учетом бермы); 3 —охраняемый контур по контакту наносов с коренными породами; 4 - границы целика; 5 - выход пласта под наносы; 6 —изоглубины пласта
б) охраняемый объект разбивают на ряд прямолинейных участков и для каждого из них определяют угол 0 , т.е. острый угол, составленный осью объекта с простиранием пласта;
в) из середины прямолинейных участков восстанавливают перпендикуляры и в местах пересечения их с охраняемым конту ром на контакте наносов с коренными породами (в точках а, б, в, г, д, а', б’, в', г', д') определяют глубины залегания пласта Я;
г) по найденным значениям угла 0 и глубины Я по соответ ствующим таблицам (номограммам) «Правил охраны...» опреде
ляют длину перпендикулярных отрезков q и t . При отсутствии таких таблиц или номограмм значения и вычисляют по форму лам (1.66) и (1.67), значения ctgP' и ctgy\ в которых определяют из выражений ( 1.62) и (1.63) по аргументу 0 и углам сдвижения Р,У,б;
д) от границ охраняемой площади на контакте наносов с коренными породами (от точек а, б, в, г, д, а’, б’, в’, г’, д’) отклады вают в масштабе плана перпендикулярные отрезки q и t , концы которых соединяют затем плавными кривыми, являющимися боковыми границами предохранительного целика (верхней гра ницей является обычно выход залежи под наносы, нижней — горизонт безопасной глубины).
Если в результате построения предохранительный целик для диагонально расположенного вытянутого объекта в нижней части будет иметь острый угол, то последний рекомендуется сре зать по линии падения пласта с таким расчетом, чтобы высота целика по линии среза в плоскости пласта была не более 40 м. В этом случае целик оптимальных размеров ограничивается конту ром аа'Б'В'КЛМГВБ.
1.12. Управление сдвижением и деформациями горных пород и земной поверхности
Степень деформирования подрабатываемых объектов суще ственно зависит от порядка ведения горных работ, способа упра вления горным давлением, скорости подвигания очистного забоя и других горнотехнических факторов. Выбор оптимально го сочетания этих факторов является важной составной частью проекта отработки запасов под застроенными территориями и природными объектами. Ниже более подробно рассматриваются наиболее рациональные схемы разработки и способы управле ния кровлей отрабатываемого угольного пласта (рудной залежи), позволяющие значительно уменьшить величины сдвижений и деформаций горных пород и подрабатывать объекты на земной поверхности в допустимых пределах,
Наиболее часто стараются планировать горные работы так, чтобы подрабатываемый объект попадал в пределы плоского дна