Под воздействием собственного веса подработанные породы испытывают растягивающие напряжения (особенно в средней части пролета). Часть земной поверхности, расположенной над зоной растяжения, деформируется, в результате чего образуется мульда сдвижения. Границы мульды сдвижения определяются граничными углами по простиранию δ0, по падению β0 и по восстанию γ0 залежи или пласта (рис. 8.2).
Рис. 8.2. Принципиальные схемы для определения сдвижения земной поверхности при отработке залежи вкрест простирания (а, б) и по простиранию (в):
β0; γ0; δ0; β’ - граничные углы; β; γ; δ; β1, φ - углы сдвижения пород; ηмах - максимальный прогиб (оседание) поверхности
При горизонтальном или пологом падении наибольшее оседание земной поверхности происходит в центральной части мульды. Иногда эта часть может иметь вид "плоского дна", это соответствует условиям полной подработки. При разработке крутых залежей мульда сдвижения имеет асимметричный вид. Максимальное оседание поверхности смещается к рудному телу (см. рис. 8.2 б).
Граничные точки сдвижения поверхности определяются по величине вертикальных оседаний, которые не превышают 10-15 мм.
Углы между линиями, соединяющими границы горных работ с точками опасных деформаций на поверхности и линией горизонта, называются углами сдвижения. При проведении маркшейдерских замеров эти углы в коренных породах обозначаются: β; β’ - у нижней границы горных работ (по падению), γ - у верхней границы горных работ (по восстанию), δ - по простиранию; в наносах эти углы одинаковы во всех направлениях и обозначаются φ. Положение точки, имеющей максимальное оседание, определяется углом максимального оседания θ.
Параметры сдвижения пород характеризуются абсолютными перемещениями одной части относительно другой (неподвижной), а также вертикальными и горизонтальными составляющими векторов сдвижения точек поверхности (или массива пород). Они определяются по результатам натурных замеров перемещения реперов.
Исследованиями ВНИМИ доказано, что слоистые коренные породы при сдвижении расслаиваются, прогибаются и деформируются самостоятельно; величина деформаций определяется совокупностью сдвижений и деформаций отдельных слоев. Рыхлые отложения, как правило, деформируются без расслоения. В скальных породах однородного строения деформации сопровождаются трещинообразованием, разделением на отдельные блоки, самообрушением и разрывами поверхности. Значения углов сдвижения приведены в табл. 8.1.
Значения угла φ в сухих наносах и выветрелых породах рекомендуется принимать равным 50°, в обводненных наносах — 35° и менее.
Углы сдвижения и разрыва пород при полной подработке
Таблица 8.1.
Коэффициент крепости пород f | Угол падения пород αп или рудного тела αр. т., градус | Углы сдвижения и разрыва пород, градус | |||
β | γ | β1 | δ | ||
Слоистое строение пород (осадочные породы) | |||||
<5 | 0-30 | 55-45 | 55 | - | 55 |
31-45 | 45-40 | 55 | - | 55 | |
46-60 | 40 | - | (αп – 5)* | ||
61-80 | 40-45 | - | 50 | 55 | |
81-90 | 45-50 | - | 50 | 55 | |
>5 | 0-30 | 60-50 | 55+1.5f | - | 55+1.5f |
31-45 | 50-45 | 55+1.5f | - | 55+1.5f | |
46-60 | 45-40 | - | - | 55+1.5f | |
61-80 | 40 | - | αп** | 55+1.5f | |
81-90 | 40-35 | - | 60*** | 55+1.5f | |
Неслоистое строение пород | |||||
5-10 | 0-30 | 65 | 65 | - | 70 |
31-50 | 60 | 65 | - | 70 | |
51-80 | 65 | - | αр. т | 70 | |
81-90 | 60 | - | 65 | 70 |
*) Не более 500;
**) Не более 650;
***) При αп > 800, fл. б. < fв. б.
Параметры зоны сдвижения дневной поверхности и деформаций массива необходимо знать не только для обеспечения сохранности поверхностных сооружений и расчета параметров предохранительных целиков, но и для выбора мест расположения подземных выработок (стволов, квершлагов, штреков и др.). Определяют параметры сдвижения инструментальными или расчетными методами маркшейдерской службой рудников. Для инструментальных наблюдений устраивают специальные наблюдательные станции на длительный или короткий срок в зависимости от поставленных конкретных задач.
Расчетные методы не могут быть универсальными из-за разнообразия горно-геологических и горнотехнических условий разработки. Они базируются на конкретных случаях при решении определенных задач. Этими методами пользуются, главным образом, для прогнозирования вредного влияния горных работ на подземные и поверхностные сооружения на стадии проектирования. Широко используются при этом данные по сдвижению и обрушению пород на аналогичных месторождениях.
Многолетний опыт маркшейдерских наблюдений обобщается в специальных нормативных документах в виде различных методических указаний и инструкций.
8.5. Последовательность обрушения пород.
На развитие процесса обрушения налегающих пород влияют:
· характер строения налегающих пород;
· физико-механические свойства налегающих пород;
· условия залегания;
· применяемые системы разработки;
· интенсивность и концентрация очистных работ;
· соотношение пролета подработки и глубины залегания месторождения.
Практика разработки рудных месторождений показывает, что к обрушению наиболее склонны трещиноватые или слоистые слабые породы, имеющие геологические нарушения. Процессы обрушения протекают интенсивнее при отработке пологопадающих и наклонных залежей, имеющих значительную мощность. При медленном подвигании очистных работ происходит постепенное растрескивание, расслоение и самообрушение подрабатываемых пород. Интенсивная же отработка может быть причиной "мгновенной" посадки в виде сплошных крупных блоков.
При отработке слепых залежей из-за последовательного сводообразования самообрушение пород может локализоваться, не достигая поверхности. В результате этого образуются скрытые полости, представляющие угрозу внезапной посадки.
Анализ разработки месторождений, представленных трещиноватыми породами относительно однородного строения, и опытов на моделях из эквивалентных материалов показал, что процесс обрушения пород над выработанным пространством можно разделить на два периода:
до обрушения поверхности и после ее обрушения.
Последовательное развитие обрушения трещиноватых пород однородного строения можно представить в виде принципиальной схемы, изображенной на рис. 8.3.
Рис 8.3. Принципиальная схема обрушения трещиноватых скальных пород однородного строения (пунктиром показаны линии сдвижения и самообрушения пород):
I, II, …, VI - порядок отработки блоков; 1, 2, 2’,…, 5, 5' – последовательность сводообразных обрушений; А, Б, В, Д - стадии самообрушения земной поверхности.
Отработка отдельных блоков (I, II, ...., VI) от середины шахтного поля к флангам способствует сводообразованию до момента достижения предельного пролета подработки Lп. Самообрушение пород на этой стадии характеризуется беспорядочными вывалами, отслоениями по имеющимся или вновь образующимся трещинам. Коэффициент разрыхления пород при таком обрушении может достигать 1,3— 1,4.
В крепких слаботрещиноватых или расслоенных породах своды обрушения бывают плоскими, а в неустойчивых сильно трещиноватых — высокими.
Например, в интенсивно раздробленных неустойчивых габбро-диабазах рудника "Заполярный" Норильского ГМК отношение максимальной высоты свода Вmaх к предельному пролету подработки Lп изменялось от 0,40 до 0,45. В то же время на рудниках Жезказгана, где породы менее трещиноваты, но обладают расслоениями согласными с залеганием залежи, - Вmaх / Lп =0,25÷0,30.
Первое обрушение поверхности в виде провала (стадия А, см. рис. 8.3), как правило, происходит над наиболее высокой частью естественного свода. В сильнотрещиноватых породах этому обрушению, как показывают маркшейдерские наблюдения, предшествует медленное сдвижение земной поверхности без разрыва сплошности. Интенсивное нарастание сдвижения наступает непосредственно перед тем как образуется провал. В малотрещиноватых породах провалы поверхности происходят внезапно без заметного сдвижения поверхности и предварительного появления трещин. Поэтому они представляют большую угрозу как для зданий, сооружений, так и для людей.
Общий коэффициент разрыхления пород на этой стадии разработки, судя по величине провалов и сдвижений поверхности, составляет 1,03— 1,06 и обычно не превышает 1,1. Это свидетельствует о незначительном разделении массива по трещинам, особенно на заключительной стадии обрушения (части массива А, Б, В, Д на рис. 8.3). Консольные зависания Б и В постепенно сползают в сторону обрушившихся пород под углами 75-90°, образуя на поверхности террасообразные площадки.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 |
Основные порталы (построено редакторами)