книги / Основы механики горных пород

Рис. 130. Схема устройства канали­ зационных колодцев в условиях об­ разования на земной поверхности трещин и уступов.

Положение труб: 1 — до подработки; 2 — после подработки.

последующей вварки коротыша; установкой компенсаторов раз­ личных конструкций; кольцеванием и установкой задвижек:

Для обеспечения нормальной работы самотечных канализа­ ционных трубопроводов при подработке производят прочистку и промывку трубопроводов на участке возникновения застоя и иногда подъем трубопровода на прежние высотные отметки для обеспечения самотечности.

Опоры подвесных дорог и высоковольтных линий электропе­ редач, радио- и телевизионные вышки при необходимости ук­ репляют перед подработкой дополнительно растяжками. В от­ дельных случаях для выравнивания радио- и телевизионных вышек применяют поддомкрачивание и подклинивание. Такой способ был применен, в частности, при подработке телевизион­ ной вышки в г. Донецке.

При подработке железных дорог производят выправление продольного и поперечного профиля путей, регулировку зазо­ ров между рельсами, расширение насыпи и другие работы, не­ обходимые для обеспечения безопасной и бесперебойной экс­ плуатации подрабатываемых дорог.

Особое место среди конструктивных мер занимают методы защиты вертикальных стволов в силу специфических условий их работы. Стволы находятся в массиве горных пород, непо­ средственно связаны с ним и деформируются не только из-за неравномерного сдвижения пород, но и вследствие перераспре­ деления напряжений в массиве, вызванного как проходкой стволов, так и влиянием очистных работ.

Поэтому при проектировании конструктивных мероприятий необходимо предусматривать защиту стволов и от сдвижения горных пород и от перераспределения напряжений.

Конструктивные меры защиты стволов стали внедрять отно­ сительно недавно, поэтому опыт их применения еще невелик. Тем не менее уже теперь можно утверждать, что эти меры за­ щиты найдут широкое применение в практике горного дела, так как традиционные методы защиты стволов предохрани­

тельными целиками при больших глубинах разработки пластов становятся явно нерациональными. Дело в том, что с увеличе­ нием глубины горное давление повышается и степень дефор­ мирования стволов (в отличие от сооружений, расположенных на земной поверхности) растет.'Целики, построенные по углам сдвижения, оказываются недостаточными, а применение гра­ ничных углов ведет к увеличению потерь в целиках в 3—4 раза.

Поскольку наиболее распространенным видом деформиро­ вания стволов является изменение их длины (укорочение или удлинение), конструктивные меры направлены прежде всего на защиту крепи и армировки стволов от этого вида деформаций. С этой целью в крепи ствола устраивают горизонтальные оса­ дочные швы, заполняемые податливым или малопрочным ма­ териалом, уменьшают трение и ослабляют связи между крепью и окружающими породами, применяют специальные крепежные материалы или конструкции, на стыках проводников устанав­ ливают компенсирующие узлы податливости или сменные вкладыши.

Горизонтальные осадочные швы располагают в зоне макси­ мальных вертикальных сжатий, в местах пересечения стволом слабых породных прослоев, угольных пластов или рудных жил, контактов пород разной прочности. В качестве податливых и малопрочных материалов при заполнении осадочных швов при­ меняют деревянные доски и брусья, пустотелые блоки, крупно­ пористый и ячеистый бетон.

Трение уменьшают заполнением пространства между крепью и породой вязким или сыпучим материалом (битумом, асфаль­ том, шлаками, щебнем, гидроизолом и др.) или применением специальных антифрикционных покрытий.

Подбор крепежного материала, способного выдержать без разрушения расчетное вертикальное укорочение, производят по формуле

(379)

где Е — модуль деформации материала несущей крепи; [0С>1<]— расчетное сопротивление материала несущей крепи на одноос­ ное сжатие; v — коэффициент поперечных деформаций мате­ риала крепи; Bzp — максимальное расчетное значение относи­ тельных вертикальных деформаций пород по линии ствола.

Для компенсации деформаций вертикального укорочения или удлинения ствола применяют укороченные звенья провод­ ников, равные полуторному шагу армировки. При этом сты­ ковку смежных звеньев производят так, чтобы один конец рас­ полагался на расстреле, а другой — в середине пролета между двумя смежными ярусами расстрелов. Типовые схемы кон­

структивных решений защиты жестких армировок стволов при­ ведены во «Временных указаниях...» [32].

При наклонном и крутом падении пластов помимо верти­ кальных деформаций происходит изменение диаметра стволов, сдвиг поперечных сечений и срез крепи. Для защиты от этих видов деформаций применяют радиальные вертикальные по­ датливые прокладки или специальные крепи, выдерживающие без разрушения изменение формы поперечного сечения; произ­ водят заполнение закрепного пространства сжимающимися или вязкими материалами. Иногда применяют также крепи из не связанных жесткими связями элементов, в том числе отдель­ ные блоки из легких материалов на анкерах, штанговую крепь с сеткой и т. д.

Для обеспечения в период эксплуатации необходимых зазо­ ров между крепью ствола, движущимися сосудами, армировкой и канатами размеры и формы сечений стволов, а также распо­ ложение армировки и подъемных сосудов предусматривают в проекте с учетом предстоящих сдвижений массива пород. Обычно принимают схемы армировок с минимальным числом расстрелов и лунок, что может быть достигнуто за счет креп­ ления части проводников к консолям и кронштейнам, примене­ ния проводников повышенной жесткости, одностороннего рас­ положения проводников и т. д.

Глава 17. СПОСОБЫ ПОСТРОЕНИЯ

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ ЦЕЛИКОВ

§ 89. НАЗНАЧЕНИЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ ЦЕЛИКОВ

С целью охраны объектов и сооружений от вредного влияния подземных горных разработок применяют различные защитные мероприятия. Наиболее надежной (но подчас наиме­ нее экономичной) мерой защиты является оставление предо­ хранительных целиков.

Установление оптимальных размеров предохранительного целика представляет собой сложную и ответственную инженер­ ную задачу. Известны случаи, когда целики недостаточных размеров вызывали большие повреждения сооружений, чем от­ работка запасов без оставления целиков. Вместе с тем остав­ ление излишних запасов в целиках ведет к неоправданным по­ терям полезного ископаемого и наносит значительный ущерб народному хозяйству. Оставление целиков существенно нару­ шает технологию добычи полезного ископаемого и ритм работы горного предприятия. Особенно это ощутимо при высокой сте­ пени механизации добычных процессов, так как переход гор­ ных работ через оставляемый целик связан с преждевремен-

Рис. 131. Определение границы опасной зоны мульды сдвижения.

ным демонтажем и дополнительным монтажем (за целиком) сложного современного оборудования. Поэтому предохрани­ тельные целики оставляют под сооружениями только в тех слу­ чаях, когда другие меры охраны технически невыполнимы или нецелесообразны по технико-экономическим соображениям.

Условия оставления предохранительных целиков определя­ ются действующими «Правилами охраны сооружений и при­ родных объектов», утвержденными Комитетом Госгортехнад­ зора или согласованными с ним. Согласно этим «Правилам» целики оставляют при ведении горных работ выше горизонта уже упоминавшейся «безопасной» глубины, определенной на основе опыта или расчета для различных видов сооружений в зависимости от их назначения, конструктивных особенностей, размеров, технического состояния, установленного оборудова­ ния и т. д.

При оставлении предохранительных целиков предусматри­ вают, как правило, не полную защиту сооружений, а защиту их от разрушительных деформаций, т. е. при оставлении предо­ хранительных целиков сооружения попадают за пределы опас­ ной зоны мульды сдвижения (рис. 131), определяемой углами сдвижения, основные понятия о которых даны в гл. 12. Для особо ответственных сооружений, в том числе для глубоких (свыше 600 м) вертикальных стволов шахт, целики строят по граничным углам.

§ 90. ПОСТРОЕНИЕ ЦЕЛИКОВ ПОД ОБЪЕКТАМИ ОГРАНИЧЕННЫХ РАЗМЕРОВ НА ПОВЕРХНОСТИ

Под построением целиков следует понимать определе­ ние границ, до которых можно вести горные работы, не вызы­ вая недопустимых повреждений в охраняемых объектах или прорыва воды в горные выработки. Обычно границы предохра­ нительных целиков определяют на вертикальных разрезах ли­ ниями пересечения почвы пластов с плоскостями, проведен­ ными под углами сдвижения (или граничными углами) через границы охраняемой площади. При определении границ охра­ няемой площади контур объекта ограниченных размеров в плане заменяют описанным прямоугольником, стороны кото-

Рис. 132. Построение предохранительного целика способом вертикальных раз­ резов.

/ — разрез вкрест простирания пласта; // — разрез по простиранию пласта; /// — план.

рого параллельны направлениям падения и простирания пла­ ста (на рис. 132 прямоугольник абвг). Такое направление сто­ рон прямоугольника принимают потому, что углы сдвижения в правилах охраны сооружений задаются по простиранию и падению пласта (залежи). Параллельно сторонам полученного прямоугольника строят предохранительную берму, внешние границы которой являются границами охраняемой площади (на рис. 132 прямоугольник а'б'в'г'). Берма обеспечивает неко­ торый запас надежности охраны объектов с учетом погрешно­

к деформациям земной поверхности. Так, в «Правилах охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния под­ земных горных разработок на угольных месторождениях» ши­ рина бермы для вертикальных шахтных стволов, в том числе и

Ширина бермы

Допустимые деформации

П р и м е ч а н и е . Если для сооружения по допустимым деформациям [ед] и [/д]

получаются различные размеры берм, то в качестве окончательного значения принима­ ется наибольшее.

ширина бермы определяется по табл. 32 в зависимости от до­ пустимых деформаций или категории охраны объекта.

Построение предохранительных целиков производят графи­ чески или графоаналитически на планах, разрезах и проекциях на вертикальную плоскость в масштабах 1 : 2 0 0 0 и крупнее. При этом применяют в основном следующие способы: верти­

на лист бумаги в левой нижней части его наносят охраняемый объект и в соответствии с изложенной выше методикой строят контур охраняемой площади. Затем через центр этого контура проводят оси 0 \0 2 и O3 Ô4 , параллельные линиям падения и простирания залежи (пласта), и по ним строят разрезы (см. рис. 132). На разрезы проектируют границы охраняемой пло­

цами предохранительного целика в направлении построенных разрезов. Полученные границы целика, спроектированные с раз­ резов на план и соединенные между собой, образуют в общем случае искомый контур предохранительного целика на плане (трапеция АБВГ). В тех случаях, когда горизонтальная линия, проведенная на уровне безопасной глубины разработки на раз­ резе вкрест простирания, пересекает целик, нижней границей целика является линия пересечения горизонта безопасной глу­ бины с почвой залежи. Проектированием указанной границы на план строят нижнюю границу предохранительного целика на плане (линия ДЕ) с учетом горизонта безопасной глубины разработки.

Следовательно, расстояние в плане в диагональном на­ правлении от границы охраняемой площади до границы целика будет равно

ста линиями, проведенными соответственно под углами р' и у ' от границ охраняемой площади в вертикальной плоскости 0 , т. е. плоскости, составляющей с направлением простирания пласта угол 0 .

Значения Hq и Hi вычисляют из выражений

площади в плоскости 0 ; а' — угол падения пласта в диагональ­ ном направлении, т. е. угол наклона к горизонту линии пересе­

в «Правилах» и «Указаниях» в виде таблиц и номограмм. Построение целиков по способу перпендикуляров для объ­

ектов ограниченных размеров производят обычно следующим образом.

1. По допустимым деформациям или по категории охраны сооружения устанавливают размер бермы, с учетом которой строят контур охраняемой площади на земной поверхности; линии контура могут быть параллельны линиям падения и про­ стирания пластов (рис. 134, /, III) или сторонам охраняемого объекта (рис. 134, II, IV). При наличии наносов определяют контур охраняемой площади на контакте наносов с коренными породами, для чего параллельно контуру на земной поверхно­

где h — мощность наносов; <р — угол сдвижения в наносах.

Рис. 134. Определение границ предохранительного целика по способу пер­ пендикуляров.

/ — границы охраняемой площади параллельны элементам залегания пласта; I I — гра­ ницы охраняемой площади параллельны контурам объекта, расположенного диаго­ нально к простиранию пласта; III — пример срезания углов целика; I V — построение целика комбинированным способом.

2. Строят контур предохранительного целика на плане, от­ кладывая от границ охраняемой площади соответствующие перпендикулярные отрезки q, I и г (рис. 134). Значения q и / определяют по формулам (385) и (386), а значение г из выра­ жения

При наличии наносов значения Н в этих формулах умень­ шают на h, а перпендикуляры откладывают от границы охра­ няемого контура на контакте наносов с коренными породами (рис. 134, //).

С целью получения целика оптимальных размеров допуска­ ется срезание его острых углов. При этом применяют не­ сколько методов. Наиболее простой состоит в следующем. Че­ рез нижнюю по падению границу охраняемой площади (при условии, что она параллельна простиранию пласта) проводят линию до пересечения с границами целика по простиранию

окончательный целик при таком методе срезания углов прини­ мают многоугольник КДБВЕЛ.

Иногда нижней по падению части целика придают эллип­ тическую форму. С этой целью из нижних по падению угловых точек а и г охраняемой площади проводят ряд линий под углом к простиранию от 0 до я/2. На этих линиях откладывают пер­ пендикулярные отрезки 1\, /2 , /з> •> концы которых соединяют плавной кривой, как это показано на рис. 134, III.

Для срезания острых углов предохранительных целиков ча­ сто применяют комбинированные способы. Один из них приве­ ден на рис. 134, IV. На этом рисунке показаны контуры целика, построенные по способу вертикальных разрезов (А'Б'В'Г') и по способу перпендикуляров (АБВГ). Оптимальная форма це­ лика, определяется площадью перекрытия обоих контуров (ДЕКЛМ НОП). Однако заметим, что криволинейные и слож­ ные ломаные границы предохранительных целиков трудно оконтурить горными работами, и поэтому большого практиче­ ского смысла они не имеют.

При построении предохранительных целиков по способу проекций с числовыми отметками плоскости сдвижения изобра­ жают в изолиниях и границы целика определяют по пересече­ нию этих плоскостей с почвой залежи, также изображенной в изолиниях. Для удобства построений высота сечения изоли­ ний должна быть одинаковой и для плоскостей сдвижения и для почвы залежи. Способ проекций с числовыми отметками для объектов ограниченных размеров в плане применяют редко. Поэтому подробно рассматривать его здесь не будем.

Для построения целиков под объекты, имеющие сложную конфигурацию в плане, применяют иногда метод угловых то­ чек. Этим методом целики строят под каждую угловую точку охраняемой площади. Затем соединяют общей линией наибо­ лее удаленные от охраняемого объекта точки контура этих це­ ликов и получают границы искомого предохранительного це­ лика под весь охраняемый объект. В тех случаях, когда целики под охраняемые объекты строят по способу перпендикуляров, метод угловых точек является разновидностью способа перпен­ дикуляров. Если же эти целики строят по способу вертикаль­ ных разрезов, он является разновидностью способа вертикаль­ ных разрезов.

В последние годы в связи с совершенствованием методики определения допустимых деформаций для различных объектов появились способы построения предохранительных целиков по допустимым деформациям. При этом построение целиков про­ изводят следующим образом. По действующим нормативным документа,м или рекомендациям специалистов (строителей, тех-