книги / Основы механики горных пород

Рис. 135. Определение Границ пре­ дохранительного целика по допусти­ мым деформациям с помощью номо­ граммы горизонтальных деформации.

нологов и т. д.) устанавливают виды и значения деформаций, от которых надо защищать данное сооружение. Так, для соору­ жений башенного типа опасными являются наклоны, для под­ земных (бетонных) резервуаров воды— растяжения и т. д. По­ строение целика сводится к определению границ горных работ, при которых деформации земной поверхности в районе охра­ няемой площади не превысят допустимых значений. Местопо­ ложение этих границ определяют путем расчетов по методике, изложенной в гл. 14, или с помощью приведенных там же но­ мограмм, на которых деформации земной поверхности изобра­ жены в изолиниях. Номограмму, построенную для условий пол­ ной подработки и выполненную на кальке, накладывают на разрез так, чтобы лава на номограмме совмещалась с почвой залежи на разрезе, а изолиния номограммы с отметкой еАоп1т или inon/tn (где едоп и iAOn— соответственно допустимые для объекта горизонтальные деформации и наклоны; т — вынимае­ мая мощность залежи) проходила через границу охраняемой площади. Граница лавы, ближайшая к охраняемой площади, будет являться искомой границей предохранительного целика на данном разрезе (рис. 135). Полученные таким образом гра­ ницы целика на разрезах вкрест простирания и по простиранию переносят на план и соединяют в один общий контур, как и при способе вертикальных разрезов.

§ 91. ПОСТРОЕНИЕ ЦЕЛИКОВ ПОД ВЫТЯНУТЫМИ ОБЪЕКТАМИ

К вытянутым объектам относятся линии железных до­ рог, трубопроводы различного назначения, реки, каналы, на­ клонные шахтные стволы, квершлаги и другие подобные объ­ екты, пересекающие шахтные поля на значительном протяже­ нии. При построении предохранительных целиков под такие объекты наиболее часто применяют способ перпендикуляров и обычно в такой последовательности (рис. 136);

Рис. 136. Построение предохранительного целика под вытянутый объект (же­ лезную дорогу).

1 — 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.

а) по изложенной выше методике строят охраняемый кон­ тур на контакте наносов с коренными породами;

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 кон­

г) по найденным значениям угла 0 и глубины Я по соот­ ветствующим таблицам или номограммам «Правил» или «Ука­ заний» определяют длину перпендикулярных отрезков q u i ; при отсутствии таких таблиц или номограмм значения q и I вы­

и I, концы которых соединяют затем плавными кривыми, яв­ ляющимися боковыми границами предохранительного целика (верхней границей является обычно выход залежи под наносы, нижней — горизонт безопасной глубины).

Если в результате построения предохранительный целик для диагонально расположенного вытянутого объекта в нижней ча­ сти 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 (отрезок Л4</7=40 cos а ) . В этом случае целик оптимальных раз­ меров ограничивается контуром аа'Б'В'Г'КЛМГВБ.

При построении предохранительных целиков под вытяну­ тыми объектами по способу вертикальных разрезов делают не­ сколько сечений, нормальных к оси охраняемого объекта. По этим сечениям строят целики, как было показано в § 90 при рассмотрении этого способа на объектах ограниченных разме­ ров, но вместо обычных углов сдвижения используют углы р' и у' Значения указанных углов можно определить с помощью номограмм, которые обычно приводятся в «Правилах» и «Ука­ заниях», или по формулам (383) и (384). Углы падения залежи в диагональных направлениях а' зависят от углов а и 0 и нахо­ дятся с ними в следующих соотношениях:

При построении целиков по способу проекций с числовыми отметками вначале, как и по способу перпендикуляров, строят контур охраняемой площади на контакте наносов с коренными породами, а вытянутый объект разбивают на прямолинейные участки и для каждого из них определяют угол 0, по которому, как и при способе вертикальных разрезов, находят углы р' н у' Используя значения этих углов, по формулам

где А Н — высота сечения изолиний, вычисляют заложения для горизонталей плоскостей сдвижения на каждом из размечен­ ных участков. От контура охраняемой площади на контакте наносов с коренными породами строят плоскости сдвижения под углами р' и у', для чего проводят горизонтали на расстоя­ нии друг от друга соответственно dp и dT Точки пересечения горизонталей плоскостей сдвижения с одноименными изогип­ сами почвы залежи соединяют плавными кривыми, образую­ щими боковые границы предохранительного целика.

Выше были рассмотрены способы построения целиков пре­ имущественно в условиях выдержанного залегания пластов. При переменном угле падения пластов способы построения це­ ликов несколько усложняются, хотя принципы, на которых они базируются, и элементы, из которых состоят, в основном сохра­ няется. Так, построение предохранительных целиков для со-

При построении предохранительного целика для сооруже­ ний, расположенных над одним из крыльев синклинальной складки, верхняя граница целика на разрезе вкрест простира­ ния определяется так же, как и для сооружений, расположен­ ных над осевой частью складки, а нижняя граница устанавли­ вается в зависимости от углов падения крыльев складки по следующей методике. При углах падения крыльев складки ме­ нее 45° от границ охраняемой площади проводится линия под углом сдвижения <р до контакта с коренными породами и про­ должается в коренных породах под углом у до пересечения с осевой поверхностью складки, после чего она проводится под углом р до пересечения с угольным пластом. При углах паде­ ния крыльев складки более 45° вместо угла у принимается угол (хср — средний угол падения пластов крыла складки, над кото­ рым расположено сооружение. В остальном порядок построе­ ния целика остается тем же, что и при углах падения крыльев складки менее 45°

§ 92. ПОСТРОЕНИЕ ЦЕЛИКОВ ДЛЯ ОХРАНЫ ШАХТНЫХ СТВОЛОВ

Вертикальные стволы шахт и рудников являются ос­ новными артериями горнодобывающих предприятий. Поэтому к их охране подходят особенно внимательно. Согласно дейст­ вующим «Правилам» и «Указаниям» стволы охраняют, как правило, без учета безопасной глубины; это означает, что практически при всех глубинах залегания полезных ископае­ мых под стволами должны оставляться предохранительные

целики.

Для относительно неглубоких стволов (до 400 м), а также блоковых и воздухопадающих (вспомогательных) стволов лю­ бой глубины целики строят по углам сдвижения.

Границы предохранительных целиков для глубоких глав­ ных и вентиляционных стволов с жесткой крепью, оборудован­ ных постоянным подъемом, определяют на вертикальных раз­ резах линиями пересечения почвы залежи с плоскостями, про­ веденными через границы охраняемой площади под углами сдвижения до глубин 400 м и под граничными углами от глу­ бин 600 м (при а< я/4) или 700 м (при а> я/4 ) и более. В ин­ тервале глубин 400—600 м при а< я /4 и 400—700 м при а > я /4 границы предохранительных целиков определяются линиями, соединяющими границы целиков соответственно на глубинах 400 и 600 м или 700 м.

Размеры целиков по всем пластам или залежам или участ­ кам пластов (залежей), расположенным ниже зумпфа ствола на 0,2Я и более (Я — глубина ствола с зумпфом), определяют

при любых глубинах разработки по углам сдвижения от гра­ ницы берм охраняемой площади.

Размер бермы при определении охраняемой площади при­ нимают для всех стволов равным 20 м.

В тех случаях, когда фактическая глубина залегания полез­ ного ископаемого меньше безопасной, установленной для со­ оружений промплощадки, а ствол допускается охранять по уг­ лам сдвижения, строят общий целик для охраны как ствола с подъемным комплексом, так и других надшахтных сооруже­ ний. Однако чаще приходится рассчитывать целик для ох­ раны шахтного ствола вместе с копром и зданием подъем­ ной машины отдельно от остальных сооружений промпло­ щадки.

Методика построения целиков под стволы в основном та же, что изложена в предыдущих параграфах при рассмотрении других объектов. Но поскольку стволы следует защищать не только от недопустимых сдвижений, но и от опасных проявле­ ний горного давления, околоствольные предохранительные це­ лики должны отвечать ряду дополнительных требований. Так, границы предохранительных целиков, построенных по углам сдвижения, должны отстоять от ствола на разрезах вкрест простирания и по простиранию в плоскости пласта на рас­ стоянии не менее 50 м при а < я /4 и 60 м при а > я /4 при глу­ бинах до 400 м. При глубинах более 400 м указанные мини­ мальные размеры целиков увеличивают из расчета по 10 м на каждые последующие 100 м глубины.

Для глубоких вертикальных стволов, охраняемых по гра­ ничным углам, размер целика / от ствола в плоскости пласта по падению при значениях а от я/4 до 65° определяют по фор­ муле 1=А'Н, где Я — глубина от поверхности до точки пересе­ чения ствола пластом, А ' — коэффициент, зависящий от угла падения пласта; его значения даны в соответствующих табли­ цах «Правил»; он колеблется в пределах от 0,25 (при а= я/4 ) до 0,70 (при а=65°).

При больших глубинах и наличии в основной кровле раз­ рабатываемого пласта мощной (более 20 м) толщи труднообрушающихся монолитных пород ([аСш]> 800 кгс/см2) размер це­ ликов по простиранию в каждую сторону от ствола (для за­ щиты жесткой крепи от опорного давления) должен быть не менее 250 м.

Для сокращения потерь полезных ископаемых «Правилами» рекомендуется ограничивать размер целика в плоскости пласта в сторону падения пластов от ствола при а от 20° до я /4 зна­ чением 250 м. С этой же целью производят срезание углов це­ лика по любому из рассмотренных выше способов.

Пример построения предохранительного целика криволиней­ ной формы для охраны двух глубоких вертикальных шахтных

стволов с копрами и зданиями подъемных машин приведен на рис. 138.

Недостатком изложенных выше традиционных способов по­ строения предохранительных целиков под вертикальные стволы шахт является то, что в их основу положен принцип защиты сооружений, расположенных на земной поверхности, и в них не в полной мере учтены механизм деформирования толщи пород и расположенных в ней стволов, материал и конструкция крепи, число разрабатываемых пластов (залежей) и другие влияющие факторы. Поэтому в одних случаях размеры целиков оказываются завышены, в других занижены, т. е. недостаточно надежны. Этим, в частности, объясняется переход к защите глубоких стволов по граничным углам. Анализ характера де­ формирования стволов и горно-геологических условий разра­ ботки пластов и залежей вблизи них показал, что в подавляю­ щем большинстве случаев основной причиной повреждения крепи являлось сжатие массива горных пород, окружающих стволы. Следовательно, предохранительные целики должны быть таких размеров, при которых сжатие стволов не превысит критериев, допустимых для данного вида крепи. В результате проведенных исследований [136] получены формулы для опре­ деления оптимальных размеров I целиков по линиям падения и простирания пород в условиях горизонтального и пологого (до 10°) - залегания пластов, а также в направлении простира­ ния для пластов с углом падения более 10° При целике сим­ метричной формы, оконтуренном горными работами с двух

сторон (при а<10° в любом направлении, при а>10° по про­ стиранию),

ницы предохранительного целика; Яп— глубина ствола в точке

относительное сжатие ствола в вертикальном направлении; его определяют путем лабораторных или натурных испытаний ма­ териала крепи или путем соответствующих расчетов или по спе­ циальным таблицам; для монолитной бетонной крепи в зави­ симости от состава и качества изготовления ед составляет (0,3ч-1) • 10-3, для тюбинговой крепи (0,9ч-2) • 10-3; Кп — ко­ эффициент концентрации деформаций в месте пересечения ствола рассматриваемым пластом, определяемый из выра­ жения

Еср — средний модуль упругости горных пород, вмещающих

При оконтуривании целика с одной стороны в условиях, когда с противоположной стороны работы не вели и не ведут (при а<10° в любом направлении, при а>10° по простиранию),

При оконтуривании целика с одной стороны в условиях, когда с противоположной стороны целик был частично отра­ ботан ранее, в том числе до проходки ствола (при а<10° в лю­ бом направлении, при а>10° по простиранию),

Подставляя в формулы (396), (398), (399) и (400) различ­ ные значения Я п, Я с, т , ед, /Сп, нетрудно убедиться, что I изме­ няется в основном в пределах от 0,15 до 0,4 Я, т. е. примерно

Л—точка, в которой а=р'.

втех же пределах, в каких меняются размеры целиков, построенных по углам сдвижения и граничным углам. Но эти формулы позволяют более дифференцированно подходить к во­ просам охраны стволов и учитывать большее число влияющих факторов, что повышает надежность мер охраны и приближает их к оптимальным.

Вусловиях наклонного и крутого залегания пластов и при наличии тектонических нарушений приходится иногда прини­ мать меры по предотвращению сползания (сдвигов) пород по плоскости ослабления в сторону падения пластов. Наиболее надежной мерой защиты стволов от такого сползания является оставление со стороны падения специальных целиков-упоров.

Условия, в которых происходят такие сдвиги, изучены пока еще недостаточно полно и потому определяются преимущест­ венно опытным путем. Подробно вопрос о сдвижении пород по напластованию рассмотрен в гл. 14.

При выдержанном залегании пластов целик-упор по верх­

ные подвижки по напластованию при выемке одиночного пла­ ста в данных горно-геологических условиях, п — число разра­ батываемых пластов. По нижележащим пластам нижней грани­ цей целика-упора является пересечение пластов с вертикальной плоскостью, проведенной через нижнюю границу целика-упора по верхнему пласту (рис. 139).

Целик-упор при невыдержанном и мульдообразном залега­ нии пластов строится в тех случаях, когда точка А, в которой

угол падения пластов а = р '(р '— угол трения по наиболее ела-

з _

бому контакту), находится на глубине HB< H S у п. Границей целика-упора в разрезе вкрест простирания является в этом

случае точка В (рис. 139, б), отстоящая от точки А на расстоя­ нии d (по горизонтали), определяемом из выражения

ских элементов залегания пород и угла трения по слабым кон­ тактам на размеры целиков-упоров. В условиях выполаживания с глубиной углов падения пород следует пользоваться ко­ эффициентом К\, вычисляемым по формуле

При мульдообразном залегании, когда граница целикаупора, рассчитанная по формуле (401), оказывается на проти­ воположном крыле складки, в выражение (401) подставляется коэффициент К2 , рассчитанный по формуле

ницы шахты, на противоположном крыле складки и на участке от выхода пласта под наносы до точки А.

Для определения границ целика-упора на вертикальном раз­ резе по простиранию нижние углы предохранительного целика, построенного по угловым параметрам, соединяются с соответст­ вующими концами отрезка, расположенного на нижней границе целика-упора и равного ширине охраняемой площади (вклю­ чая берму).