книги / Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений

на проведение защитных мероприятий. Только отдельно стоящие жилые дома могут быть оставлены без защиты, так как незначительные горизонтальные деформации обоих знаков большей частью не причиняют значительных повре­ ждений занимающему малую площадь фундаменту, а трещины, возникающие в стенах, как правило, легко устраняются при ремонте. Проведение трех пере­ численных выше групп мероприятий — рационального ведения горных ра­ бот, строительных защитных мероприятий и регионального планирования — позволяет ограничить затраты на возмещение ущерба от подработки приве­ денными выше суммами. Без этого затраты возросли бы во много раз, и стала бы невозможной ни рентабельная разработка полезных ископаемых под шлю­ зами, автодорогами, товарными станциями и промышленными предприятиями, ни городская застройка горнопромышленных районов с сооружением необ­ ходимых линий коммуникаций и энергоснабжения. Однако эти мероприятия не снижают ущерба, наносимого большому числу малых объектов и обусловлен­ ного наклонами земной поверхности, снижением урожайности или ухудше­ нием качества территории с точки зрения возможности ее застройки.

14.2.

Меры защиты, способствующие снижению вредного воздействия подработки

Для защиты наземного объекта от воздействия подработки инженер, занима­ ющийся планированием горных работ, должен с таким расчетом выбрать основ ные принципы расположения выработок и развития горных работ во времени, зависящие от способа выемки, глубины разработки и тектоники массива, чтобы по возможности снизить степень воздействия сдвижений земной поверх­ ности на подрабатываемое сооружение. Под расположением горных вырабо­ ток здесь понимается их положение в плане относительно охраняемого объекта, границы и размеры выработок и способ управления кровлей (закладка вы­ работанного пространства или обрушение кровли), а под развитием горных работ во времени — направление и скорость подвигания фронта очистных работ и взаимное наложение влияний при отработке нескольких выемочных участков. Как расположение выработок, так и развитие работ во времени оказывают влияния на вид и величину сдвижений земной поверхности вблизи охраняемого сооружения. Необходимо стремиться к тому, чтобы продольная ось подрабатываемого сооружения по возможности оставалась в зоне и в напра­ влении минимальных деформаций земной поверхности. Кроме того, следует иметь в виду, что бетонные сооружения имеют очень малую прочность на рас­ тяжение (0,2 мм/м) и значительно лучше переносят деформации сжатия (до 1,5 мм/м). Зная степень чувствительности подрабатываемого сооружения кде формациям, во многих случаях удается так спланировать горные работы, чтобы например, вытянутое бетонное сооружение лишь поворачивалось отно­ сительно его продольной оси и чтобы оно подвергалось действию только сжи­ мающих нагрузок, не превышающих допустимой величины (табл. 26).

Рис, 234.

Характер воздействия на подрабатываемое здание в направлении его продольной оси при деформациях сжатия (кривизна вогнутости) или растяжения (кривизна выпуклости) в за­ висимости от планового положения здания относительно очистной выработки:

1 — граница мульды оседания; 2 — угловая зона; з— краевая зона; 4 — сжатие в тангенциальном направ­ лении; J — растяжение в радиальном направлении;

14.2.1.

Расположение очистных горных выработок

Характер воздействий, испытываемых подрабатываемым сооружением в зоне

ваемое сооружение, в зависимости от его ориентировки, может испытывать как деформации растяжения, так и сжатия (рис. 234). При расположении здания в точке I оно испытывает воздействие максимального растяжения и мак­

сжатия при максимальной кривизне вогнутости и в точке I V — максимального оседания наименьшего наклона, а при неполной подработке — максимальной деформации сжатия при максимальной кривизне вогнутости. Если по оси сооружения, ориентированной радиально, т. е. в направлении очистной вы­ работки, действуют растягивающие усилия, то по оси сооружения, параллель­ ной границам выработки, т. е. ориентированной по касательной к выработке, действуют сжимающие усилия. Только в четырех угловых зонах мульды сдви­ жения, форма которой в плане приближается в прямоугольнику, в образу­ ющихся там всесторонних седлообразных зонах растяжения сооружение при любом положении будет подвергаться растяжению по обеим его осям. Наклон сооружения будет происходить вокруг осей, параллельных границам выра­ ботки, поэтому продольную ось подрабатываемого здания целесообразно по возможности приблизить к этому направлению г. Распределение деформаций

1 При этом для угловых зон принимается, что в них в процессе оседания образуется диагональный «деформационный валик» и изолинии равных оседаний в этой области слегка выгибаются внутрь, что говорит о наличии в этих угловых зонах (см. рис. 234) растягива­ ющих папряжеттпп в касательном направлении.

Рис. 235.

Участки мульды сдвижения, в кото­ рых подрабатываемое здание испы­ тывает воздействие максимальных сдвижений и деформаций земной по­ верхности:

а — максимальный наклон; б — макси­ мальная кривизна; в — максимальная де­ формация растяжения; г — максимальная

деформация сжатия; 1 — здание; 2 —- про­ филь мульды; 3 — очистная выработка;

4 — выпуклость; 5 — вогнутость; 6 — мак­

ботки

кривизны соответствует распределению горизонтальных деформаций — кри­ визна вогнутости (сжатие) над очистной выработкой и в касательном направле­ нии к выработке у края мульды, кривизна выпуклости (растяжение) в ради­ альном направлении в краевой области мульды и в ее угловых зонах. Из этого можно вывести правило — так вести очистные работы или таким образом ори­ ентировать сооружения при проектировании застройки, чтобы продольные оси этих сооружений были параллельны изолиниям равных оседаний, т. е. парал­ лельны границам выработки, чтобы добиться сжатия по продольной оси и по­ ворота сооружения относительно той же продольной оси сооружения.

Как уже указывалось, в е л и ч и н а сдвижений и деформаций земной поверхности зависит от того, как расположена рассматриваемая точка отно­ сительно очистной выработки (рис. 235). Так, например, наибольший наклон имеет место над границей выработки (в точке I I на рис. 234), т. е. там, где го­ ризонтальные деформации невелики (нейтральная зона). Горизонтальные дефор­ мации сжатия (при кривизне вогнутости) или растяжения (при кривизне выпук­ лости) имеют максимальные значения примерно над серединой выработки при неполной подработке (сжатие) и соответственно в середине краевой части мульды сдвижения в направлении, радиальном по отношению к выработке (растяжение), т. е. в точках I I I , I V и соответственно в точке I на рис. 234. Максимально возможное (критическое) сжатие в конечной стадии процесса сдвижения воз­ никает в центре очистной выработки, имеющей размер, равный радиусу пло­ щади полной подработки R (для глубины разработки 800 м — около 500 м). Таким образом, при выборе длины очистной выработки по простиранию в слу­

наклонов и кривизны больше, чем в направлении оси, ориентированной обычно

Рис. 236.

Схема подработки короткой лавой здания, чувствительного к неравномерным осадкам:

1 — нсотрабатываемая часть пласта; 2 — очистная вы работка; з — сооруж ени е

по простиранию, что объясняется большей крутизной склонов мульды в на­ правлении ее короткой оси (см. рис. 86).

Поэтому при составлении плана горных работ границы выемочного уча­ стка должны быть выбраны таким образом, чтобы на конечной стадии очист­ ных работ размеры и положение выработки соответствовали принятым при расчете данным, оптимальным для подрабатываемого объекта, при которых этот объект не будет подвергаться чрезмерным нагрузкам, вызванным сдви­ жением земной поверхности. В этой связи необходимо всесторонне продумать, должна ли очистная выработка при приближении к охраняемому объекту проводиться широким или узким фронтом по отношению к длинной оси соору­ жения, а также не превысят ли сдвижения, возрастающие с увеличением пло­ щади выработки, допустимых пределов, или же следует отказаться от выемки

также учитывать возникающее вследствие их влияния вторичное оседание (активизацию процесса сдвижения).

При помощи выемки с закладкой выработанного пространства, прежде всего добиваются снижения ущерба, причиняемого устройствам для стока воды, что приводит к затоплению даже отдаленных участков, а также пред­ отвращают возможность застоя воды или обратных уклонов в канализацион­ ных трубах г. Кроме того, закладка выработанного пространства позволяет уменьшить оседание рельсовых путей и каналов, приводящее к изменению их уклона. Известно, например, что 50% всех затрат, связанных с подработкой земной поверхности в Рурской области, составляет возмещение ущерба от на­ рушения работы устройств для стока воды и канализации. Поэтому под рус­ лами рек, водотоками, низинами, дорогами и каналами следует применять по возможности такие способы выемки, при которых обеспечивается минималь­ ное оседание (выемка с закладкой, частичная выемка). Хотя в литературе

1В Рурской области ФРГ количество пустой породы, которую приходится доставлять

вшахту для закладки выработок, относится к объему добычи угля, как 2 : 3 . Поэтому в по­ следнее время было предложено применять в населенных районах «наземную компенсацию оседания» заполнением закладочным материалом мульд сдвижения, образующихся на зем­ ной поверхности [362].

Рис. 237‘ Виды планирования горных работ, обеспечивающих заданный характер воздействия подр<*

ботки на сооружение:

1 — конечное полож ение; 2 — сооруж ение

больше всего внимания уделяется другим способам уменьшения ущерба от под­ работки, предназначенным для защиты зданий и сооружений, не следует забы­ вать также о том, что закладка выработанного пространства или оставление поддерживающих целиков при частичной выемке или камерной системе раз­ работки, а также бурошнековая разработка угольных пластов принадлежат к наиболее эффективным мерам борьбы с ущербом, причиняемым подработкой, так как они, почти вдвое уменьшая сдвижения земной поверхности, позволяют поддерживать нормальные условия стока воды и уменьшать усилия, действу­ ющие на подрабатываемые сооружения. Конечно, применение выемки с заклад­ кой увеличивает затраты на добычу угля. Это защитное мероприятие настолько просто, что вряд ли следует останавливаться на нем более подробно. В отли­ чие от этого, сущность других мер защиты не столь ясна и требует дополнитель­

вить в виде четырех основных схем, показанных на рис. 237, при которых горные работы под подрабатываемым сооружением ведутся так, что:

а) сооружение в любой момент подвергается сжатию в направлениях

нальная отработка до линии, проходящей вблизи проекции подрабатываемого сооружения на горизонт очистных работ;

в) сооружение по продольной оси подвергается сжатию, а по попереч­ ной — растяжению: отработка пласта ведется в стороне от сооружения, а имен­ но либо двумя расходящимися забоями от разрезной печи, являющейся про­ екцией продолжения поперечной оси сооружения, либо широким фронтом от сооружения;

момента начала влияния подработки на точку А земной Поверхности до того момента, когда эти деформации возрастут до максимального значения един == = едоп, т- е- Для участка очистной выработки, имеющего дЛину R — &• Пока­

затель t в выражении (351) заменяется отношением причем динамиче­

ский максимум растяжения при возрастающей скорости поДвигания очистных работ по сравнению с максимальным растяжением еКОн 0 конечной стадии

Ь'кон

что, естественно, является лишь рабочей гипотезой.

Более надежным, чем приведенные соображения, является определение искомой скорости подвигания очистных работ vx при заданной допустимой деформации растяжения еДОп путем интерполяции по полученным из натурных наблюдений максимальных деформаций растяжения е1дин, е^дин. для различ­ ных скоростей подвигания у1? у2. ., измеренным незадолго до момента непо­ средственной подработки сооружения. На рис. 239 схематически показано, как с увеличением скорости подвигания очистных работ динамический максимум деформаций растяжения, с одной стороны, уменьшается и, с другой стороны, все более приближается к движущемуся забою, так что при весьма большой скорости подвигания этот максимум возникает непосредственно перед непо­ средственной подработкой точки А (на расстоянии Ь от забоя), в то время как при прекращении очистных работ этот максимум находится приблизи­ тельно на расстоянии 0,5i? от забоя.

Эффективным мероприятием для снижения действующих на подрабаты­ ваемое сооружение нагрузок является соответствующим образом рассчитан­ ное во времени и по величине н а л о ж е н и е противоположных по знаку сдвижений и деформаций земной поверхности, как, например, наклон к се­ веру и наклон к югу, кривизна вогнутости и кривизна выпуклости, растяже­ ние и сжатие, одновременно создаваемые в месте расположения охраняемого объекта двумя или более очистными выработками. Если, например, требуется, чтобы в любой момент времени подрабатываемое сооружение не испытывало наклона, это требование может быть удовлетворено ведением горных работ симметрично от середины сооружения в противоположные стороны, или на­ оборот, также симметрично двумя встречными выработками, проводимыми извне к середине сооружения (рис. 240). В первом случае здание все время остается в средине мульды оседания (в зоне сжатия, кривизны вогнутости), а во втором происходит взаимное наложение движущихся навстречу друг другу краевых зон мульды оседания (зон растяжения, кривизны выпуклости). Ввиду того, что по продольной оси очистной выработки горизонтальные де­ формации и кривизна меньше, чем по поперечной оси, подрабатываемое соору­ жение желательно ориентировать по простиранию пласта, но все же полная компенсация наклонов будет иметь место только по оси симметрии обеих вы­ работок: по обе стороны от этой оси части здания, расположенные на вогнутом